RU2343958C1

RU2343958C1 - Vortex dust collector

Info

Publication number: RU2343958C1
Application number: RU2007126393/15A
Authority: RU
Inventors: Артем Иванович Ажгиревич (RU); Артем Иванович Ажгиревич; Валерий Николаевич Азаров (RU); Валерий Николаевич Азаров; Владимир Александрович Грачев (RU); Владимир Александрович Грачев; Александр Сергеевич Артюхин (RU); Александр Сергеевич Артюхин; Владимир Владимирович Гутенев (RU); Владимир Владимирович Гутенев; Геннадий Павлович Крючков (RU); Геннадий Павлович Крючков; Натали Сергеевна Пономарева (RU); Наталия Сергеевна Пономарева
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2009-01-20

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention concerns dust collection. Vortex dust collector includes cylindrical case with top and bottom tangential inlet pipes for gas to be cleaned, deflector disk, axial outlet pipe for cleaned gas and dust collector, permeable cylindrical insert positioned coaxially to the case to form annular clearance between them. Top tangential pipe is made in the form of snail swirler, and bottom pipe features conical swirler mounted along the case axis and hollow truncated cone with base diametre ratio equal to 1:(1.4-1.5) and ring deflector disk on its external surface. Clearance between internal case wall and external surface of cylindrical insert comprises 0.13D, where D is internal case diametre. Cylindrical insert is rigidly attached by horizontal spokes to vertical axis on which fairing is mounted and which is connected to electric motor by transmission.

EFFECT: improved gas treatment efficiency, especially in fine dispersion particle capture.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для отделения дисперсных частиц от газов и может найти применение в различных отраслях промышленности - химической, пищевой, деревообрабатывающей, строительной, и других отраслях промышленности.The invention relates to devices for separating dispersed particles from gases and can find application in various industries - chemical, food, woodworking, construction, and other industries.

Известен пылеуловитель, содержащий цилиндрический корпус, соединенный с ним конический бункер для сбора пыли, нижний входной патрубок с завихрителем, верхний осевой выхлопной патрубок, имеющий возможность вращения полый цилиндр, который расположен соосно корпусу на подшипниках в опорах, закрепленных на стенке корпуса, с образованием кольцевого зазора между ними и на расстоянии между их стенками, равном 0,1 D, где D - внутренний диаметр корпуса. Полый цилиндр соединен с внешним приводом ременной передачей (см. описание изобретения к авторскому свидетельству SU №980849, 1982 г.).Known dust collector containing a cylindrical housing, a conical hopper for collecting dust connected to it, a lower inlet pipe with a swirl, an upper axial exhaust pipe that can rotate a hollow cylinder, which is located coaxially with the housing on bearings in bearings mounted on the wall of the housing, with the formation of an annular the gap between them and at a distance between their walls equal to 0.1 D, where D is the inner diameter of the housing. The hollow cylinder is connected to an external drive by a belt drive (see the description of the invention to the copyright certificate SU No. 980849, 1982).

Недостатком известного пылеуловителя является то, что поток подается только снизу, как следствие быстро теряется его крутка. Поэтому тонкодисперсные частицы не успевают отделяться из потока и уносятся в выхлопной патрубок, что снижает эффективность пылеулавливания.A disadvantage of the known dust collector is that the flow is supplied only from below, as a result, its twist is quickly lost. Therefore, finely dispersed particles do not have time to separate from the stream and are carried away into the exhaust pipe, which reduces the dust collection efficiency.

Ко второму существенному недостатку можно отнести подсос пылегазовоздушной смеси через кольцевое пространство, образованное внутренней стенкой нижнего основания ротора и входным патрубком. При большой площади указанного кольцевого пространства будет происходить захват существенной массы уловленных частиц, что снижает эффективность пылеулавливания.The second significant drawback is the suction of the dusty gas mixture through the annular space formed by the inner wall of the lower base of the rotor and the inlet pipe. With a large area of the specified annular space, a significant mass of trapped particles will be captured, which reduces the efficiency of dust collection.

Известен пылеуловитель, содержащий входной и отводящий осевой патрубки, пылевой бункер, цилиндрический корпус, имеющий возможность вращения полый цилиндр, который расположен соосно корпусу с образованием кольцевого зазора между их стенками, в котором расположено уплотнение. Полый цилиндр жестко соединен с помощью горизонтальных спиц с вертикальной осью, имеющей возможность вращения от привода (см. описание полезной модели RU №20468, 2001 г.).Known dust collector containing inlet and outlet axial nozzles, a dust hopper, a cylindrical body rotatably hollow cylinder, which is located coaxially to the housing with the formation of an annular gap between their walls, in which the seal is located. The hollow cylinder is rigidly connected using horizontal knitting needles with a vertical axis that can rotate from the drive (see the description of utility model RU No. 20468, 2001).

Недостатком известного пылеуловителя является то, что поток подается только сверху, при этом быстро теряется его крутка. Поэтому тонкодисперсные частицы не успевают отделяться из потока и уносятся в выхлопной патрубок, что снижает эффективность пылеулавливания.A disadvantage of the known dust collector is that the flow is supplied only from above, while its twist is quickly lost. Therefore, finely dispersed particles do not have time to separate from the stream and are carried away into the exhaust pipe, which reduces the efficiency of dust collection.

Сопряжение вставки с корпусом циклона в верхней части снабжено уплотнением, что снижает эффективность пылеулавливания. При этом существенной будет сила трения между полой вставкой и уплотнением, что повлечет за собой дополнительные затраты энергии.The mating insert with the cyclone body in the upper part is equipped with a seal, which reduces the efficiency of dust collection. In this case, the friction force between the hollow insert and the seal will be significant, which will entail additional energy costs.

Кроме того, при работе данного пылеуловителя будет происходить вынос пылевых частиц из бункера, т.к. отсутствует отбойная шайба, что снижает эффективность пылеулавливания.In addition, during the operation of this dust collector, dust particles will be removed from the hopper, as there is no bump washer, which reduces the efficiency of dust collection.

В патенте не указано, с какой скоростью вращается полая вставка, а также не описан механизм, приводящий осевой вал во вращение.The patent does not indicate at what speed the hollow insert rotates, nor does it describe the mechanism that drives the axial shaft.

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является известный из RU 2056178, 1996 вихревой пылеуловитель, включающий цилиндрический корпус с верхним и нижним тангенциальными патрубками ввода запыленного газа, отбойной шайбой, осевым выходным патрубком очищенного газа и пылевым бункером, размещенную соосно корпусу перфорированную цилиндрическую вставку с образованием кольцевого зазора между ними. Данный пылеуловитель относительно экономичен, характеризуется пониженным аэродинамическим сопротивлением и хорошими показателями по пылеулавливанию, однако в случаях, когда очищаемый газ содержит много тонкодисперсных частиц, он недостаточно эффективен.The closest analogue of the proposed invention is a vortex dust collector known from RU 2056178, 1996, comprising a cylindrical body with upper and lower tangential nozzles for entering dusty gas, a baffle plate, an axial outlet pipe for cleaned gas and a dust hopper, a perforated cylindrical insert placed coaxially to the body behind the ring to form an annulus between them. This dust collector is relatively economical, characterized by lower aerodynamic drag and good dust collection, but in cases where the gas to be cleaned contains a lot of fine particles, it is not effective enough.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности очистки газа, особенно при улавливании тонкодисперсных частиц.The task of the invention is to increase the efficiency of gas purification, especially when trapping fine particles.

Поставленная задача решается тем, что вихревой пылеуловитель включает цилиндрический корпус с верхним и нижним тангенциальными патрубками ввода очищаемого газа, отбойной шайбой, осевым выходным патрубком очищенного газа и пылевым бункером, размещенную соосно корпусу проницаемую цилиндрическую вставку с образованием кольцевого зазора между ними и отличается тем, что верхний тангенциальный патрубок выполнен в виде улиточного завихрителя, а нижний снабжен расположенными по оси корпуса коническим завихрителем и полым усеченным конусом, характеризующимся соотношением диаметров его оснований, равным 1:(1,4-1,5), на внешней поверхности которого установлена кольцевая отбойная шайба, зазор между внутренней стенкой корпуса и наружной поверхностью проницаемой цилиндрической вставки составляет 0,13 D, где D - внутренний диаметр корпуса, при этом проницаемая цилиндрическая вставка жестко соединена посредством горизонтальных спиц с вертикальной осью, на которой расположен обтекатель и которая посредством передачи соединена с электродвигателем.The problem is solved in that the vortex dust collector includes a cylindrical body with upper and lower tangential nozzles for introducing the gas to be cleaned, a baffle plate, an axial outlet nozzle for the purified gas and a dust hopper, a permeable cylindrical insert placed coaxially to the housing with the formation of an annular gap between them and differs in that the upper tangential nozzle is made in the form of a snail swirl, and the lower one is equipped with a conical swirler located along the body axis and a hollow truncated cone characterized by a ratio of the diameters of its bases equal to 1: (1.4-1.5), on the outer surface of which an annular bump washer is installed, the gap between the inner wall of the housing and the outer surface of the permeable cylindrical insert is 0.13 D, where D is the inner the diameter of the housing, while the permeable cylindrical insert is rigidly connected by means of horizontal spokes to the vertical axis on which the fairing is located and which is connected to the electric motor via transmission.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид вихревого пылеуловителя в разрезе, а на фиг.2 показан график зависимости эффективности η пылеулавливания вихревого пылеуловителя от соотношения линейной скорости вращения цилиндрической вставки W_п и скорости движения потока в пристеночной области W_пот.The invention is illustrated by the drawing, in which Fig. 1 shows a general sectional view of the vortex dust collector, and Fig. 2 shows a graph of the dependence of the vortex dust collector dust collecting efficiency η on the ratio of the linear rotation speed of the cylindrical insert W _p and the flow velocity in the wall region W _sweat .

Вихревой пылеуловитель содержит цилиндрический корпус 1, верхний входной патрубок 2 с улиточным завихрителем 3 для ввода очищаемого газа, верхний осевой патрубок 4 для вывода очищенного газа, пылевой бункер 5, нижний тангенциальный патрубок 6 с коническим завихрителем 7 и расположенным над ним центральным полым усеченным конусом 8, выполненным с соотношением диаметров его оснований, равным 1:(1,4-1,5). На внешней поверхности конуса 8 установлена кольцевая отбойная шайба 9. По оси корпуса 1 с зазором относительно его внутренней стенки, равным 0,13 D, где D - внутренний диметр корпуса, установлена с возможностью вращения проницаемая цилиндрическая вставка 10. Цилиндрическая вставка 10 жестко соединена посредством горизонтальных спиц 11 с вертикальной осью 12, на которой расположен обтекатель 13, и имеет возможность вращения от привода, выполненного в виде электродвигателя 14 с шестеренкой на его выходном валу 15 и шестеренкой на вертикальной оси (на фиг.1 не показана). Вертикальная ось 12 имеет первый уплотнитель 16 на нижнем тангенциальном патрубке 6 и второй уплотнитель 17 на пылевом бункере 5.The vortex dust collector comprises a cylindrical housing 1, an upper inlet pipe 2 with a snail swirl 3 for introducing the gas to be purified, an upper axial pipe 4 for outputting the purified gas, a dust hopper 5, a lower tangential pipe 6 with a conical swirl 7 and a central hollow truncated cone 8 located above it made with a ratio of the diameters of its bases, equal to 1: (1.4-1.5). An annular baffle plate 9 is installed on the outer surface of the cone 8. Along the axis of the casing 1 with a gap relative to its inner wall equal to 0.13 D, where D is the internal diameter of the casing, a permeable cylindrical insert 10 is rotatably mounted. The cylindrical insert 10 is rigidly connected by horizontal spokes 11 with a vertical axis 12, on which the fairing 13 is located, and has the ability to rotate from a drive made in the form of an electric motor 14 with a gear on its output shaft 15 and a gear on the vertical axis (on figure 1 is not shown). The vertical axis 12 has a first seal 16 on the lower tangential pipe 6 and a second seal 17 on the dust hopper 5.

Вихревой пылеуловитель работает следующим образом. Очищаемый газ поступает в корпус 1 двумя потоками. В нижнюю часть корпуса 1 запыленный газ подается через тангенциальный патрубок 6 и конический завихритель 7, снабженный полым усеченном конусом 8 и кольцевой отбойной шайбой 9. На начальном участке завихрителя радиус закрутки максимальный, а угловая скорость минимальна, что обеспечивает уменьшение потерь давления. По мере движения вверх угловая скорость пылегазового потока растет и в выходном отверстии завихрителя 7 она максимальна. Предлагаемое соотношение диаметров полого усеченного конуса обеспечивает практически полное исчезновение вихревого ядра и равномерное распределение скорости пылегазового потока по сечению.Vortex dust collector operates as follows. The cleaned gas enters the housing 1 in two streams. Dusty gas is supplied to the lower part of the housing 1 through a tangential pipe 6 and a conical swirl 7 equipped with a hollow truncated cone 8 and an annular baffle plate 9. At the initial section of the swirl, the swirl radius is maximum and the angular velocity is minimal, which ensures a reduction in pressure loss. As you move up, the angular velocity of the dust and gas flow increases and in the outlet of the swirler 7 it is maximum. The proposed ratio of the diameters of the hollow truncated cone ensures the almost complete disappearance of the vortex core and a uniform distribution of the dust and gas flow velocity over the cross section.

Обтекатель 13 с плавными криволинейными образующими предотвращает попадание пылевых частиц в осевую зону аппарата, а за счет своего вращения придает частицам пыли дополнительную силу, отбрасывающую их к стенкам корпуса.A fairing 13 with smooth curvilinear generators prevents dust particles from entering the axial zone of the apparatus, and due to its rotation, gives the dust particles additional force, which discards them to the walls of the housing.

Сформированный поток газа движется к выходному патрубку 4 пылеуловителя, а частицы пыли под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам пылеуловителя.The generated gas stream moves to the outlet pipe 4 of the dust collector, and dust particles are discarded to the walls of the dust collector by centrifugal forces.

Закрученный поток газа движется в осевом направлении, а навстречу ему подается по патрубку 2 и улиточному завихрителю 3 вторичный поток газа, причем оба в одном направлении. При взаимодействии потоков газа усиливаются центробежные силы, действующие на частицы пыли, которые эффективно отбрасываются к стенке перфорированной цилиндрической вставки 10, откуда через имеющиеся в ней отверстия направляются к стенке корпуса 1 и далее в нижнюю часть аппарата под отбойную шайбу 9. Выделившаяся пыль поступает в пылесборник 5, а очищенный газ выводится через патрубок 4.The swirling gas stream moves in the axial direction, and a secondary gas stream, both in the same direction, is supplied towards it through the pipe 2 and the snail swirl 3. When the gas flows interact, the centrifugal forces acting on the dust particles are amplified, which are effectively discarded to the wall of the perforated cylindrical insert 10, from where, through the openings in it, they are directed to the wall of the housing 1 and then to the bottom of the apparatus under the baffle plate 9. The released dust enters the dust collector 5, and the purified gas is discharged through the pipe 4.

При очистке газов, содержащих значительное количество мелкодисперсных частиц (размером менее 15 мкм), большое влияние оказывает вязкость потока, которая удерживает частицы в нем и выносит их из аппарата с очищенным газом. Чтобы предотвратить этот унос, необходимо уменьшить вязкость потока и интенсивность вторичных течений в пристеночной области за счет снижения турбулентности потока в указанной области. При этом необходимо обеспечить условия, чтобы в ядре потока была высокая степень крутки для обеспечения интенсивной сепарации частиц на стенку. Предложенная конструкция пылеуловителя позволяет уменьшить относительную скорость потока газа у его стенки и снизить интенсивность вторичных течений в пристеночной области. В результате турбулентная вязкость уменьшится, причем минимальное значение она будет иметь при равенстве значений линейной скорости вращения проницаемой цилиндрической вставки и движения потока в пристеночной области, о чем свидетельствует приведенный на фиг.2 график. Максимальная эффективность пылеулавливания η достигается при равенстве величин линейной скорости вращения проницаемой цилиндрической вставки и скорости движения потока в пристеночной области (W_п=W_пот).When cleaning gases containing a significant amount of fine particles (size less than 15 microns), a great influence is exerted by the viscosity of the flow, which holds the particles in it and carries them out of the apparatus with purified gas. To prevent this entrainment, it is necessary to reduce the viscosity of the flow and the intensity of the secondary flows in the near-wall region by reducing the turbulence of the flow in this region. In this case, it is necessary to ensure that the core of the flow has a high degree of twist to ensure intensive separation of particles on the wall. The proposed design of the dust collector allows to reduce the relative velocity of the gas flow near its wall and to reduce the intensity of the secondary flows in the wall region. As a result, the turbulent viscosity will decrease, and it will have a minimum value if the values of the linear rotation speed of the permeable cylindrical insert and the flow motion in the wall region are equal, as shown in the graph in Fig. 2. The maximum dust collection efficiency η is achieved when the values of the linear rotation speed of the permeable cylindrical insert and the flow velocity in the near-wall region (W _p = W _sweat ) are equal.

Вращение проницаемой цилиндрической вставки 10 обеспечивает электродвигатель 14, соединенный посредством шестеренчатой передачи с вертикальной осью 12, на которой установлен обтекатель 13 и которая жестко скреплена металлическими спицами 11 с цилиндрической вставкой 10. Герметичность работы устройства при вращении вертикальной оси 12 обеспечивается за счет уплотнителей 16 и 17, которые не позволяют наружному воздуху проходить в пылеулавливающий аппарат.The rotation of the permeable cylindrical insert 10 is provided by an electric motor 14, connected by a gear transmission with a vertical axis 12, on which a cowl 13 is mounted and which is rigidly fastened with metal spokes 11 with a cylindrical insert 10. The tightness of the device during rotation of the vertical axis 12 is ensured by seals 16 and 17 that do not allow outside air to enter the dust collector.

Выделившаяся пыль через пространство между кольцевой отбойной шайбой 9 и цилиндрическим корпусом 1 поступает в пылевой бункер 5, а очищенный газ выводится через патрубок 4.The dust released through the space between the annular bump washer 9 and the cylindrical body 1 enters the dust bin 5, and the cleaned gas is discharged through the pipe 4.

Предлагаемое изобретение обеспечивает значительную величину центробежной силы в ядре потока, выбрасывающей частицы пыли из потока газа, при низкой турбулентности потока пристеночной области и позволяет повысить эффективность очистки газа, особенно при улавливании тонкодисперсных частиц.The present invention provides a significant amount of centrifugal force in the core of the stream, ejecting dust particles from the gas stream, with low turbulence of the flow of the near-wall region and can improve the efficiency of gas purification, especially when trapping fine particles.

Claims

1. Vortex dust collector, comprising a cylindrical body with upper and lower tangential nozzles for introducing the gas to be cleaned, a washer, an axial outlet nozzle for the purified gas and a dust hopper, a permeable cylindrical insert placed coaxially with the housing to form an annular gap between them, characterized in that the upper tangential nozzle made in the form of a snail swirl, and the lower one is equipped with a conical swirler located along the body axis and a hollow truncated cone, characterized by the ratio m of base diameters equal to 1: (1.4-1.5), on the outer surface of which an annular bump washer is installed, the gap between the inner wall of the housing and the outer surface of the cylindrical insert is 0.13D, where D is the inner diameter of the housing, this cylindrical insert is rigidly connected by means of horizontal knitting needles with a vertical axis on which the fairing is located and which, through transmission, is connected to the electric motor.

2. The vortex dust collector according to claim 1, characterized in that the axis is equipped with seals located on the lower tangential nozzle of the input of the gas to be cleaned and on the dust hopper.