RU2344868C1

RU2344868C1 - Vertical dust catcher

Info

Publication number: RU2344868C1
Application number: RU2007126392/15A
Authority: RU
Inventors: Валерий Николаевич Азаров (RU); Валерий Николаевич Азаров; Владимир Александрович Грачев (RU); Владимир Александрович Грачев; Геннадий Павлович Крючков (RU); Геннадий Павлович Крючков; Александр Сергеевич Артюхин (RU); Александр Сергеевич Артюхин; Артем Иванович Ажгиревич (RU); Артем Иванович Ажгиревич; Владимир Владимирович Гутенев (RU); Владимир Владимирович Гутенев; Денис Валерьевич Азаров (RU); Денис Валерьевич Азаров
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2009-01-27

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: vertical dust catcher comprises cylindrical body with upper and lower tangential nozzles for supply of treated gas, baffle washer, axial outlet nozzle of treated gas and dust bunker, perforated cylindrical insert installed coaxially to casing with provision of annular gap between them. Upper tangential nozzle is arranged in the form of volute snail-like swirler, and the lower one is equipped with taper swirler and hollow truncated cone installed on casing axis, which is characterised by ratio of its base diameters equal to 1:(1.4-1.5), on external surface of which annular baffle washer is installed. Perforated cylindrical insert is installed so that it may rotate with the help of blades provided on external surface of perforated cylindrical insert upper part, and is rigidly fixed by means of horizontal spokes to vertical axis, where fairing is installed. Blades are installed preferably at angle of 7-12° to vertical line. Upper part of casing comprises nozzles for air supply to blades.

EFFECT: higher efficiency of gas treatment, especially in catching of finely dispersed particles.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для отделения дисперсных частиц от газов и может найти применение в химической, пищевой, деревообрабатывающей, строительной и других отраслях промышленности.The invention relates to devices for separating dispersed particles from gases and can find application in 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 0,1D, где D - внутренний диаметр корпуса. Полый цилиндр соединен с внешним приводом ременной передачей (см. описание изобретения к SU №980849, 1982).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 0.1D, 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 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).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 the 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 dust collection efficiency.

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.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.

Недостатком известного пылеуловителя является то, что цилиндрическая проницаемая вставка вращается за счет давления на лопасти очищаемых потоков воздуха, что значительно снижает крутку потока (так как вставка с лопастями является дополнительным местным сопротивлением), увеличивает потери давления и турбулентность потока. Как следствие, эффективность пылеулавливания существенно не повысится. Кроме того, в известном решении не описан механизм крепления цилиндрической проницаемой вставки.A disadvantage of the known dust collector is that the cylindrical permeable insert rotates due to pressure on the blades of the cleaned air flows, which significantly reduces the twist of the flow (since the insert with blades is an additional local resistance), increases pressure loss and flow turbulence. As a result, dust collection efficiency will not increase significantly. In addition, the known solution does not describe the mounting mechanism of the cylindrical permeable insert.

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, включающий цилиндрический корпус с верхним и нижним тангенциальными патрубками ввода очищаемого газа, отбойной шайбой, осевым выходным патрубком очищенного газа и пылевым бункером, размещенную соосно корпусу перфорированную цилиндрическую вставку с образованием кольцевого зазора между ними, 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, а перфорированная цилиндрическая вставка установлена с возможностью вращения при помощи лопастей, выполненных на наружной поверхности верхней части перфорированной цилиндрической вставки, и жестко соединена посредством горизонтальных спиц с вертикальной осью, на которой расположен обтекатель. При этом лопасти устанавливаются предпочтительно под углом 7-12° к вертикали. Такое положение обеспечивает наиболее стабильный режим работы пылеуловителя.The problem is solved in that the vortex dust collector, including 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 perforated cylindrical insert placed coaxially to the housing with the formation of an annular gap between them, 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 swirl arranged along the axis of the body and a hollow truncated to onus, 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, and the perforated cylindrical insert is mounted for rotation with the help of blades made on the outer surface of the upper part of the perforated cylindrical insert, and is rigidly connected by horizontal knitting needles to the vertical axis on which the fairing is located. The blades are preferably mounted at an angle of 7-12 ° to the vertical. This position provides the most stable mode of operation of the dust collector.

Предпочтительным является выполнение вихревого пылеуловителя, имеющего кольцевой зазор между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью перфорированной цилиндрической вставки, равный 0,13D, где D - внутренний диаметр корпуса.It is preferable to perform a vortex dust collector having an annular gap between the inner surface of the housing and the outer surface of the perforated cylindrical insert, equal to 0.13D, where D is the inner diameter of the housing.

Также в предпочтительном варианте исполнения ось имеет уплотнители на нижнем тангенциальном патрубке и на пылевом бункере.Also in a preferred embodiment, the axis has seals on the lower tangential branch pipe and on the dust bin.

Указанная выше совокупность признаков позволяет получить предусмотренный технический результат.The above set of features allows you to get the intended technical result.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показан вихревой пылеуловитель, общий вид в разрезе, на фиг.2 изображен разрез А-А фиг.1, а на фиг.3 показан график зависимости эффективности η пылеулавливания вихревого пылеуловителя от соотношения линейной скорости вращения перфорированной 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 vortex dust collector, a general sectional view, Fig. 2 shows a section A-A of Fig. 1, and Fig. 3 shows a graph of the dependence of the efficiency η of dust collection of a vortex dust collector on the ratio of linear rotation speed perforated cylindrical insert W _p and the flow velocity in the wall region of 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 с зазором относительно цилиндрической вставки 10 установлена кольцевая отбойная шайба 9. По оси корпуса 1 с зазором относительно его внутренней стенки установлена с возможностью вращения перфорированная цилиндрическая вставка 10. Оптимальный зазор составляет величину, равную 0,13D, где D - внутренний диаметр корпуса. Перфорированная цилиндрическая вставка 10 жестко соединена с помощью горизонтальных спиц 11 с вертикальной осью 12, на которой жестко установлен обтекатель 13, выполненный в виде тела вращения с криволинейной образующей. Ось 12 имеет возможность вращения при помощи лопастей, расположенных в верхней части цилиндрической вставки и сопел 17, установленных в верхней части корпуса аппарата под углом 15° к горизонтали. Вертикальная ось 12 имеет первый уплотнитель 14 на нижнем тангенциальном патрубке 6 и второй уплотнитель 15 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 with a gap relative to the cylindrical insert 10. A perforated cylindrical insert 10 is rotatably mounted along the axis of the housing 1 with a gap relative to its inner wall. The optimal gap is 0.13D, where D is the inner case diameter. The perforated cylindrical insert 10 is rigidly connected using horizontal spokes 11 with a vertical axis 12, on which a fairing 13 is rigidly mounted, made in the form of a body of revolution with a curvilinear generatrix. The axis 12 has the ability to rotate using blades located in the upper part of the cylindrical insert and nozzles 17 mounted in the upper part of the apparatus at an angle of 15 ° to the horizontal. The vertical axis 12 has a first seal 14 on the lower tangential pipe 6 and a second seal 15 on the dust hopper 5.

Вихревой пылеуловитель работает следующим образом. Очищаемый газ поступает в корпус 1 двумя потоками. В нижнюю часть корпуса 1 подается основной (первичный) поток запыленного газа через тангенциальный патрубок 6, завихритель 7 и полый усеченный конус 8. На начальном участке завихрителя радиус закрутки потока очищаемого газа максимальный, а угловая скорость минимальна, что обеспечивает уменьшение потерь давления. По мере движения вверх угловая скорость пылегазового потока растет и в выходном отверстии конуса 8 она максимальна. Предложенное соотношение диаметров оснований 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. The main (primary) stream of dusty gas is supplied to the lower part of the housing 1 through a tangential pipe 6, a swirl 7 and a truncated hollow cone 8. At the initial section of the swirl, the swirl radius of the gas to be cleaned is maximum, and the angular velocity is minimal, which ensures a decrease in pressure loss. As you move up, the angular velocity of the dust and gas flow increases and in the outlet of the cone 8 it is maximum. The proposed ratio of the diameters of the bases of the 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 предотвращает попадание пылевых частиц в осевую зону аппарата, а за счет своего вращения придает частицам пыли дополнительную силу, отбрасывающую их к стенкам корпуса.The fairing 13 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 движется поданный по патрубку 2 и улиточному завихрителю 3 вторичный поток очищаемого газа, причем оба потока движутся 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 пылевой бункер 5, а очищенный газ выводится через патрубок 4. Для лучшего удаления пыли и предотвращения забивания пространства, образованного перфорированной цилиндрической вставкой 10 и корпусом 1, на стенке последнего тангенциально устанавливаются сопла 18 (преимущественно четыре) под углом 30° к горизонтали, через которые может подаваться поток чистого воздуха для удаления со стенок корпуса 1 пыли.The swirling gas stream moves in the axial direction, and the secondary stream of the gas to be cleaned, supplied through the pipe 2 and the snail swirl 3, moves towards it, both flows moving in the same direction. 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 the hopper 5, and the cleaned gas is discharged through the pipe 4. To better remove dust and prevent clogging of the space formed by the perforated cylindrical insert 10 and the housing 1, on the wall nozzles 18 (mainly four) are tangentially mounted at an angle of 30 ° to the horizontal, through which a stream of clean air can be supplied to remove dust from the walls of the housing 1.

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 цилиндрической вставки и движения потока в пристеночной области, о чем свидетельствует приведенный на фиг.3 график. Максимальная эффективность пылеулавливания η достигается при равенстве величин линейной скорости вращения перфорированной 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 cylindrical insert and the flow motion in the wall region are equal, as shown in the graph in Fig. 3. The maximum dust collection efficiency η is achieved when the values of the linear rotation speed of the perforated cylindrical insert and the flow velocity in the wall region are equal (W _p = W _sweat ).

Вращение перфорированной цилиндрической вставки 10 обеспечивается при помощи лопастей 16, размещенных в верхней части этой вставки, жестко скрепленной металлическими спицами 11 с вертикальной осью 12, которая приводится в движение за счет подачи на лопасти 16 через сопла 17 потока чистого воздуха, в которые воздух подается вентилятором из нагнетающей части системы или из линии сжатого воздуха. Герметичность работы устройства при вращении вертикальной оси 12 обеспечивается за счет уплотнителей 14 и 15, которые не позволяют наружному воздуху проходить в пылеулавливающий аппарат.The rotation of the perforated cylindrical insert 10 is provided by blades 16 located in the upper part of this insert, rigidly fastened with metal spokes 11 with a vertical axis 12, which is driven by supplying to the blades 16 through nozzles 17 a stream of clean air into which air is supplied by a fan from the discharge part of the system or from the compressed air line. The tightness of the operation of the device during rotation of the vertical axis 12 is ensured by the seals 14 and 15, which do not allow outside air to pass into the dust collecting apparatus.

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 perforated 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 swirl arranged along the body axis and a hollow truncated cone, characterized by the ratio the diameter of its bases is 1: (1.4-1.5), on the outer surface of which an annular bump washer is installed, and the perforated cylindrical insert is rotatably mounted using blades made on the outer surface of the upper part of the perforated cylindrical insert, and rigidly connected by means of horizontal knitting needles to the vertical axis on which the fairing is located, while the blades are preferably mounted at an angle of 7-12 ° to the vertical, and nozzles serving for I feed air to the blades.

2. The vortex dust collector according to claim 1, characterized in that the annular gap between the inner surface of the housing and the outer surface of the perforated cylindrical insert is 0.13D, where D is the inner diameter of the housing.

3. The vortex dust collector according to claim 1 or 2, characterized in that the axis is equipped with seals located on the lower tangential pipe and on the dust hopper.