RU2247591C2

RU2247591C2 - Air purification filter

Info

Publication number: RU2247591C2
Application number: RU2003112071/15A
Authority: RU
Inventors: Н.С. Кобелев (RU); Н.С. Кобелев; Э.В. Котенко (RU); Э.В. Котенко; Д.Б. Кудилинский (RU); Д.Б. Кудилинский; Г.Г. Щедрина (RU); Г.Г. Щедрина; В.Н. Кобелев (RU); В.Н. Кобелев
Original assignee: Курский государственный технический университет
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2005-03-10

Abstract

FIELD: compressed air purification filters.

SUBSTANCE: the invention is pertinent to purification of a compressed air, in particular, to purification from mists in different branches of a national economy, mainly at the large compressor stations with a significant daily consumption of a compressed air. The task of the offered invention is provision of uniformity of evaporation of the mass of the drip condensate in all the capillaries of the porous plate by a gradual increase of length of the capillaries from its center to the edges and an increased collection of the drip mass entered with an air flow at the expense of funnel-shaped form of the entrance points into the capillaries. The technical result is an improved design of the compressed air purification filter. The air filter contains: a cone-bottomed body with an aperture in its lower part; a perforated metal cylinder stretch-wrapped with a wire mesh with a filtering element connected with a union of outlet of the purified air and having a cone nozzle with radial grooves on its external surface; a union of inlet of the purified air made in the form of narrowing subsonic nozzles with curvilinear grooves on its inner surface and with metal gauzes located on the side of their inlet; a jacket with unions of inlet and outlet of a compressed air; mounted on the cover of the body spray jets for a compressed air blowing of the filtering element; a condensate taper located in an aperture of the bottom and a deflecting partition, on which there is a porous plate commensurable with its sizes. The porous partition is formed by the first and the second located on a course of incoming of the induced air draft butt surfaces with capillaries. At that the first butt surface has a form of a semi-ellipsoid of rotation, the center of a pit of which lays on the axis of the incoming induced air stream and the second butt surface is flat and connected to the deflecting partition and inlet openings of capillaries are funnel-shaped.

EFFECT: the invention ensures uniformity of evaporation of the mass of the drip condensate in all the capillaries of the porous plate and increased collection of the drip mass entered with a compressed air flow.

3 dwg

Description

Изобретение относится к очистке сжатого воздуха, в особенности от туманов, в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно на крупных компрессорных станциях со значительным суточным расходом сжатого воздуха.The invention relates to the purification of compressed air, in particular from mists, in various sectors of the economy, mainly at large compressor stations with a significant daily consumption of compressed air.

Известен фильтр для очистки воздуха (а.с.№1119713, М. кл В 01 D 45/24, 1990), содержащий корпус с коническим днищем и верхней крышкой, перфорированный металлический цилиндр, обтянутый проволочной сеткой с фильтрующим элементом, соединенный со штуцером вывода очищаемого воздуха и имеющий коническую насадку с радиальными канавками на внешней поверхности штуцера ввода очищаемого воздуха, при этом корпус выполнен с отверстием в нижней части днища, снабжен рубашкой со штуцерами ввода и вывода сжатого воздуха, а штуцеры ввода очищаемого воздуха выполнены в виде сужающихся дозвуковых сопел с криволинейными канавками на внутренней поверхности и имеют со стороны входа атмосферного воздуха металлические сетки, кроме этого фильтр снабжен форсунками для обдува сжатого воздуха фильтрующего элемента, установленными в крышке корпуса, конденсатоотводчиком, установленным в отверстии днища корпуса, и отражательной перегородкой.A known filter for air purification (A.S. No. 1119713, M. cl B 01 D 45/24, 1990), comprising a housing with a conical bottom and a top cover, a perforated metal cylinder, fitted with a wire mesh with a filter element, connected to the outlet fitting cleaned air and having a conical nozzle with radial grooves on the outer surface of the inlet of the cleaned air, while the housing is made with a hole in the lower part of the bottom, is equipped with a jacket with fittings for the input and output of compressed air, and the fittings of the cleaned air inlet They are in the form of tapering subsonic nozzles with curved grooves on the inner surface and have metal grids on the air inlet side, in addition, the filter is equipped with nozzles for blowing compressed air of the filter element installed in the housing cover, a condensate drain installed in the opening of the bottom of the housing, and a reflective partition .

Недостатком этого устройства являются затраты сжатого воздуха при дополнительном сбросе конденсата, получаемого в процессе тепловлажностной обработки всасываемого атмосферного воздуха в суживающемся дозвуковом сопле и омываемом с поверхности отражательной перегородки в днище фильтра.The disadvantage of this device is the cost of compressed air with an additional discharge of condensate obtained in the process of humidity and humidity treatment of the intake air in a tapering subsonic nozzle and washed from the surface of the reflective partition in the filter bottom.

Известен фильтр для очистки воздуха (патент РФ №2050945, МПК В 01 D 46/24, 1995, Бюл. №36), содержащий корпус с коническим днищем, выполненным с отверстием в нижней части, перфорированный металлический цилиндр, обтянутый проволочной сеткой с фильтрующим элементом, соединенный со штуцером вывода очищаемого воздуха и имеющий коническую насадку с радиальными канавками на внешней поверхности, штуцера ввода очищаемого воздуха, выполненные в виде сужающихся дозвуковых сопл с криволинейными канавками на внутренней поверхности и имеющие со стороны входа металлические сетки, рубашку со штуцерами ввода и вывода сжатого воздуха, форсунки для обдува сжатым воздухом фильтрующего элемента, установленные на крышке корпуса, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, и отражательную перегородку, на которой размещена пористая пластина соизмеримая ее размерам.A known filter for air purification (RF patent No. 2050945, IPC B 01 D 46/24, 1995, Bull. No. 36), comprising a housing with a conical bottom made with an opening in the lower part, a perforated metal cylinder covered with a wire mesh with a filter element connected to the outlet nozzle of the cleaned air and having a conical nozzle with radial grooves on the outer surface, the nozzle of the inlet of the cleaned air, made in the form of tapering subsonic nozzles with curved grooves on the inner surface and having from the input side etallicheskie mesh shirt with connections of input and output compressed air nozzles for blowing compressed air filter element mounted on the housing cover, a steam trap disposed in the bottom opening, and a baffle, which is placed on the porous plate commensurate with its size.

Недостатком этого устройства является невысокая степень тепловлажностной обработки всасываемого атмосферного воздуха при воздействии периферийного горячего потока повышенной ударной энергии по сравнению с осевым потоком на пористую пластину за счет скоагулировавшейся в периферийном потоке капельной массы, что приводит к снижению эффективности процесса охлаждения из-за неполного случайно-вероятностного испарения массы капельного конденсата на удаленных от центра участках пористой пластины.The disadvantage of this device is the low degree of heat and humidity treatment of the intake air when exposed to a peripheral hot flow of increased shock energy compared to the axial flow on the porous plate due to the droplet mass coagulated in the peripheral flow, which leads to a decrease in the efficiency of the cooling process due to an incomplete random probability evaporation of the mass of droplet condensate in areas of the porous plate remote from the center.

Задачей предложенного изобретения является обеспечение равномерности испарения массы капельного конденсата во всех капиллярах пористой пластины путем плавного увеличения длины капилляров от ее центра к краям и большего сбора капельной массы, поступающей с воздушным потоком за счет воронкообразного исполнения входа в капилляры.The objective of the proposed invention is to ensure uniformity of evaporation of the mass of droplet condensate in all the capillaries of the porous plate by gradually increasing the length of the capillaries from its center to the edges and to collect more droplet mass coming in with the air stream due to the funnel-shaped entrance to the capillaries.

Технический результат достигается тем, что фильтр для очистки воздуха, содержащий корпус с коническим днищем, выполненным с отверстием в нижней части, перфорированный металлический цилиндр, обтянутый проволочной сеткой с фильтрующим элементом, соединенный со штуцером вывода очищаемого воздуха и имеющий коническую насадку с радиальными канавками на внешней поверхности, штуцера ввода очищаемого воздуха, выполненные в виде сужающихся дозвуковых сопл с криволинейными канавками на внутренней поверхности и имеющие со стороны входа металлические сетки, рубашку со штуцерами ввода и вывода сжатого воздуха, форсунки для обдува сжатым воздухом фильтрующего элемента, установленные на крышке корпуса, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, и отражательную перегородку, на которой размещена пористая пластина, соизмеримая ее размерам, при этом пористая перегородка образована первой и второй но ходу поступления всасываемого воздуха, торцевыми поверхностями с капиллярами, причем первая торцевая поверхность имеет форму полуэллипсоида вращения, центр впадины которого находится на оси поступающего всасываемого потока, а вторая торцевая поверхность плоская и соединена с отражающей перегородкой, а входные отверстия капилляров выполнены воронкообразными.The technical result is achieved by the fact that the filter for air purification, comprising a housing with a conical bottom made with an opening in the lower part, a perforated metal cylinder covered with a wire mesh with a filter element, connected to the outlet of the cleaned air and having a conical nozzle with radial grooves on the outer the surface, the input fitting of the cleaned air, made in the form of tapering subsonic nozzles with curved grooves on the inner surface and having metal on the input side nets, a shirt with compressed air inlet and outlet fittings, nozzles for blowing the filter element with compressed air mounted on the housing cover, a steam trap located in the bottom hole, and a reflective partition on which a porous plate is placed commensurate with its size, while the porous partition formed by the first and second along the intake air intake, end surfaces with capillaries, the first end surface having the shape of a semi-ellipsoid of revolution, the center of the depression of which o is located on the axis of the incoming suction stream, and the second end surface is flat and connected to the reflective partition, and the inlet openings of the capillaries are funnel-shaped.

На фиг.1 дана принципиальная схема фильтра для очистки воздуха; на фиг.2 изображена отражательная перегородка с пористой пластиной по фиг.1.Figure 1 is a schematic diagram of a filter for air purification; figure 2 shows a reflective partition with a porous plate of figure 1.

Фильтр для очистки воздуха состоит из корпуса 1 с коническим днищем 2 и верхней крышкой 3, перфорированного металлического цилиндра 4, обтянутого проволочной сеткой 5 с фильтрующим элементом 6, штуцера 7 вывода очищаемого воздуха, имеющего коническую насадку 8 с радиальными канавками 9, штуцера 10 ввода очищаемого воздуха, штуцеров ввода 11 и вывода 12 сжатого воздуха, заполняющего полость рубашки 13, при этом штуцер 10 выполнен в виде суживающегося дозвукового сопла с криволинейными канавками 14 на внутренней поверхности и имеет со стороны входа атмосферного воздуха металлические сетки 15, кроме того, в корпусе 1 укреплены форсунки 16, а в днище 2 установлен конденсатоотводчик 17, к верхней крышке 3 прикреплена отражательная перегородка 18 с жестко закрепленной пористой пластиной 19, при этом пористая перегородка 19 образована первой 20 и второй 21 по ходу поступления всасываемого воздуха торцевыми поверхностями с капиллярами 22, причем первая торцевая поверхность 20 имеет форму полуэллипсоида вращения, центр впадины которого находится на оси поступающего всасываемого потока, а вторая торцевая поверхность 21 плоская и соединена с отражающей перегородкой 18, при этом входные отверстия капилляров 22 выполнены воронкообразными 23.The filter for air purification consists of a housing 1 with a conical bottom 2 and a top cover 3, a perforated metal cylinder 4, covered with a wire mesh 5 with a filter element 6, a nozzle 7 of the outlet of the cleaned air having a conical nozzle 8 with radial grooves 9, a fitting 10 of the input of the cleaned air, fittings of the inlet 11 and the outlet 12 of compressed air filling the cavity of the shirt 13, while the fitting 10 is made in the form of a tapering subsonic nozzle with curved grooves 14 on the inner surface and has on the input side a Mosospheric air metal mesh 15, in addition, nozzles 16 are fixed in the housing 1, and a steam trap 17 is installed in the bottom 2, a reflective partition 18 with a rigidly fixed porous plate 19 is attached to the top cover 3, while the porous partition 19 is formed by the first 20 and second 21 along the intake air intake by end surfaces with capillaries 22, the first end surface 20 having the shape of a semi-ellipsoid of revolution, the center of the depression of which is located on the axis of the incoming intake stream, and the second end -hand flat surface 21 and is connected to the baffle 18, the inlets 22 of capillaries 23 formed funnel.

Фильтр для очистки воздуха работает следующим образом.The filter for air purification works as follows.

Атмосферный воздух, загрязненный капельной влагой и твердыми частицами пыли при положительных температурах окружающей среды или влагой в твердом и жидком состоянии при отрицательных температурах, поступает в многокомпонентном состоянии в штуцеры 10 корпуса 1. Частицы загрязнений, проходящие через съемные металлические сетки 15, в результате уменьшения проходного сечения штуцера 10, выполненного в виде суживающегося сопла, и возрастания скорости всасываемого потока оттесняются к стенке и попадают в криволинейные канавки 14, где, сталкиваясь с другими частицами, укрупняются и становятся ядрами конденсации водяною пара. Закручивание в криволинейных канавках более плотного потока пограничного слоя приводит к вращательному движению всего потока всасываемого воздуха перед входным отверстием суживающегося дозвукового сопла, в виде которого выполнены штуцеры 10, что приводит к более интенсивной коагуляции легких мелких частиц и в конечном итоге улучшает работу фильтра.Atmospheric air contaminated with droplet moisture and solid dust particles at positive ambient temperatures or moisture in the solid and liquid state at negative temperatures, enters in a multicomponent state in the fittings 10 of the housing 1. The pollution particles passing through the removable metal mesh 15, as a result of a reduction in sections of the nozzle 10, made in the form of a tapering nozzle, and the increase in the velocity of the suction stream are pushed to the wall and fall into the curved grooves 14, where, colliding mixing with other particles, coarsen and become nuclei of condensation by water vapor. Twisting in a curved grooves of a denser flow of the boundary layer leads to a rotational movement of the entire flow of intake air in front of the inlet of the tapering subsonic nozzle, in the form of which fittings 10 are made, which leads to more intensive coagulation of light small particles and ultimately improves the filter.

После выходного сечения штуцера 10 ввода очищаемого воздуха наблюдается поджатие струи закрученного потока атмосферного всасываемого воздуха, что приводит к коагуляции мелкодисперсных капелек, сконденсировавшихся в процессе завихрения атмосферной влаги. После поджатия происходит внезапное расширение с эффектом Джоуля-Томсона. Внезапное расширение сопровождается снижением скорости обрабатываемого потока воздуха и образованием факела (определяемого углом распыла, т.е. расстоянием до отражательной перегородки), оптимальные размеры которого обеспечивают эффективное использование теплоты испарения. Термодинамически расслоенный в суживающемся дозвуковом сопле атмосферный воздух представляет собой два потока: холодный, насыщенный мелкодисперсной влагой процесса конденсации паров атмосферной влаги, за счет более низкой температуры его по сравнению с окружающей средой, горячий, насыщенный твердыми загрязнениями и крупнодисперсной жидкостью в случае наличия в окружающей фильтр среде дождя, тумана или снежного заряда (снегопад, метель).After the outlet section of the nozzle 10 of the input of the cleaned air, a squeezing stream of a swirling stream of atmospheric intake air is observed, which leads to the coagulation of fine droplets condensed in the process of swirling atmospheric moisture. After preloading, a sudden expansion occurs with the Joule-Thomson effect. Sudden expansion is accompanied by a decrease in the speed of the processed air flow and the formation of a flame (determined by the spray angle, i.e., the distance to the reflective baffle), the optimal dimensions of which ensure the efficient use of the heat of evaporation. Atmospheric air thermodynamically stratified in a tapering subsonic nozzle consists of two streams: cold, saturated with finely dispersed moisture, the process of condensation of atmospheric moisture vapor, due to its lower temperature compared to the environment, hot, saturated with solid impurities and coarse liquid in the presence of an ambient filter environment of rain, fog or snow charge (snowfall, blizzard).

Горячий поток с круннодисперсной жидкостью ударяется о периферийную часть торцевой поверхности 20, выполненной в виде полуэллипсоида вращения, и крупнодисперсиая жидкость, имеющая температуру горячего потока, через воронкообразные отверстия 23 заполняет капилляры 22 пористой пластины 19.A hot stream with a finely dispersed liquid hits the peripheral part of the end surface 20, made in the form of a semi-ellipsoid of revolution, and a coarse liquid having a temperature of the hot stream through the funnel-shaped openings 23 fills the capillaries 22 of the porous plate 19.

Холодный поток, представляющий собой ядро влажного воздуха, выходящего из суживающегося сопла 10, ударяется об осевую часть торцевой поверхности 20, и мелкодисперсная жидкость, имеющая температуру холодного потока, через воронкообразные отверстия 23 заполняет поры 22 пористой пластины 19.The cold stream, which is the core of moist air leaving the tapering nozzle 10, hits the axial part of the end surface 20, and a finely divided liquid having the temperature of the cold stream through the funnel-shaped holes 23 fills the pores 22 of the porous plate 19.

Для увеличения сбора каплеобразной влаги, ударяющейся о пористую перегородку 19, входные отверстия 23 капилляров 22 выполнены воронкообразными, что повышает эффективность процесса снижения температуры атмосферного всасываемою воздуха за счет отбора у него теплоты на испарение.To increase the collection of droplet-like moisture striking the porous septum 19, the inlet openings 23 of the capillaries 22 are funnel-shaped, which increases the efficiency of the process of reducing the temperature of the atmospheric intake air by taking away heat from it for evaporation.

В связи с тем, что энергия удара горячего периферийного потока превышает энергию холодного осевого потока, т.е. эпюра скоростного напора при ударном воздействии атмосферного всасываемого воздуха на отражательную пористую перегородку 19 имеет вид параболы с осью симметрии, находящейся на оси поступающего потока. Поэтому для обеспечения равномерного процесса испарения влаги, заполняющей капилляры 22, длина которых плавно увеличивается от центра полуэллипсоида вращения (в виде которого выполнена пористая перегородка 19) к его периферии. В результате наблюдается одновременное испарение каплеобразной влаги в капиллярах 22 пористой перегородки 19, что приводит к более глубокому снижению температуры атмосферного всасываемого воздуха, за счет отбора у него тепла на испарение влаги по всему объему капилляров 22.Due to the fact that the impact energy of the hot peripheral flow exceeds the energy of the cold axial flow, i.e. the diagram of the velocity head during the impact of atmospheric intake air on the reflective porous septum 19 has the form of a parabola with an axis of symmetry located on the axis of the incoming flow. Therefore, to ensure a uniform process of evaporation of moisture filling the capillaries 22, the length of which gradually increases from the center of the semi-ellipsoid of revolution (in the form of which the porous partition 19 is made) to its periphery. As a result, there is a simultaneous evaporation of droplet-like moisture in the capillaries 22 of the porous septum 19, which leads to a deeper decrease in the temperature of the atmospheric intake air, due to the selection of heat from it for evaporation of moisture throughout the entire volume of the capillaries 22.

Оригинальность конструктивного решения заключается в том, что выполнение пористой пластины с торцевой поверхностью полуэллипсоида вращения и порами в виде капилляров, имеющих входные воронкообразные отверстия, позволяет добиться более эффективного сбора каплеобразной влаги и ее дальнейшего равномерного испарения во всех капиллярах по площади пористой пластины, что приводит к более глубокому охлаждению потока атмосферного всасываемого воздуха и соответственно снижению энергозатрат на производство пневмоэнергии.The originality of the constructive solution lies in the fact that the implementation of a porous plate with an end surface of a semi-ellipsoid of revolution and pores in the form of capillaries having inlet funnel-shaped openings allows for more efficient collection of droplet-like moisture and its further uniform evaporation in all capillaries over the area of the porous plate, which leads to deeper cooling of the flow of atmospheric intake air and, accordingly, reduction of energy costs for the production of pneumatic energy.

Claims

An air purification filter comprising a conical bottom housing made with an opening in the lower part, a perforated metal cylinder fitted with a wire mesh with a filter element connected to a cleaned air outlet fitting and having a tapered nozzle with radial grooves on the outer surface, and a cleaned air inlet fitting made in the form of tapering subsonic nozzles with curved grooves on the inner surface and having metal grids on the input side, a shirt with input fittings and compressed air outlet, nozzles for blowing compressed air of the filter element mounted on the housing cover, a steam trap located in the bottom opening, and a baffle plate on which the porous plate is placed, commensurate with its size, characterized in that the porous baffle is formed first and second along intake air intake by end surfaces with capillaries, the first end surface being in the form of a semi-ellipsoid of revolution, the center of the depression of which is located on the axis of the incoming suction flow, and the second end surface is flat and is connected to the baffle, wherein the capillary inlets are made funnel-shaped.