RU2379093C2

RU2379093C2 - High performance cyclone for trapping of fine liquid and solid particles

Info

Publication number: RU2379093C2
Application number: RU2008108052/15A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Кочубей (RU); Юрий Иванович Кочубей; Евгений Борисович Сильченко (RU); Евгений Борисович Сильченко
Original assignee: Юрий Иванович Кочубей; Евгений Борисович Сильченко
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2010-01-20
Also published as: RU2008108052A

Abstract

FIELD: production processes.

SUBSTANCE: invention is meant for separation of gas phase from liquid and solid particle. Cyclone contains vertical cylindrical body, level cover, inlet and outlet tubes, deflector installed in direction of gas flow rotation, false bottom, vertical separation package consisting of flat separation plates forming slot channels in area of overlapping, flat bottom raised in relation to lower edge of plates with circular radial clearance with respect to them and connected to false bottom by radial junction plates, and holding tank. Through holes in which cylindrical pipe is mounted are located in centre of flat bottom and false bottom. Between inner surface of body and beginning of vertical plate of deflector near inlet tube vertical slot channel is formed. Inside holding tank perforated cylinder is mounted to upper part of which perforated disk is attached. Along centre line of perforated disk moving rod is fastened, on its upper end blind washer is installed. Semicircular gate-type slide valves rotating on the same axis are located below perforated cylinder in upper part of holding tank.

EFFECT: increase of separation efficiency.

3 dwg

Description

Изобретение предназначено для отделения из газовой смеси твердых и жидких частиц в поле центробежных сил с одинаковой степенью сепарации как при высоком, так и при низком газовом (воздушном) факторе.The invention is intended to separate solid and liquid particles from a gas mixture in a field of centrifugal forces with the same degree of separation both at high and low gas (air) factors.

В предлагаемом инженерном решении происходит перераспределение векторов скоростей транспортируемых потоков: снижение скорости газового потока в щелевых каналах сепарационного пакета за счет направления части потока в накопительную емкость, в которой предлагаемые инженерные решения способствуют увеличению составляющей гравитационных сил при прохождении осадительной области.In the proposed engineering solution, the velocity vectors of the transported flows are redistributed: the gas flow velocity decreases in the slotted channels of the separation package due to the direction of a part of the flow to the storage tank, in which the proposed engineering solutions contribute to an increase in the component of gravitational forces when passing through the precipitation region.

Известен сепаратор (патент RU 2244584), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную перегородку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин. Для улучшения эффективности аппарата и увеличения его производительности по жидкой и газовой фазам изогнутые концы пластин направлены в разные стороны касательно к наружному и внутреннему диаметрам сепарационного пакета, осевая линия входного патрубка по горизонтали смещена относительно осевой линии корпуса аппарата на 1/2 диаметра входного патрубка, при этом диаметр входного патрубка не превышает 1/4 диаметра корпуса, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, имеет максимально допустимое сечение, причем по ходу потока он сужается по горизонтали и возрастает по высоте, сохраняя при этом площадь поперечного сечения, в конце верхней суженной части дефлектора установлена дугообразная пластина, нисходящая по ходу газожидкостного потока и направленная по отношению к горизонтали под углом 15°-30°, по ходу вращения газожидкостного потока с зазором к внутренней стороне корпуса установлена изогнутая пластина, которая своим нижним концом заходит под нижнюю крышку дефлектора.Known separator (patent RU 2244584), containing a vertical cylindrical body, horizontal partition, inlet, outlet, drain pipe, deflector, vertical separation package consisting of vertical flat curved separation plates. To improve the efficiency of the apparatus and increase its productivity in the liquid and gas phases, the curved ends of the plates are directed in opposite directions with respect to the outer and inner diameters of the separation package, the axial line of the inlet pipe is horizontally offset relative to the axial line of the apparatus body by 1/2 of the diameter of the inlet pipe, the diameter of the inlet pipe does not exceed 1/4 of the diameter of the housing, the deflector installed along the rotation of the gas-liquid flow has the maximum allowable cross section, and along at the flow, it narrows horizontally and increases in height, while preserving the cross-sectional area, at the end of the upper narrowed part of the deflector an arcuate plate is installed, descending along the gas-liquid flow and directed relative to the horizontal at an angle of 15 ° -30 °, in the direction of rotation gas-liquid flow with a gap to the inner side of the casing is installed a curved plate, which its lower end extends under the lower cover of the deflector.

Недостаток известного устройства заключается в том, что исходя из оптимальных геометрических размеров (отношение диаметра корпуса аппарата к высоте корпуса, диаметру сепарационного пакета, его высоте, ширине дефлектора и других размеров) отработанных и определенных гидродинамическими испытаниями, расстояние между поверхностью дефлектора и наружной поверхностью пакета оказалось недостаточное, при транспортировке газожидкостного потока через сепаратор в нижней части накопительной емкости образуется застойная зона, что при отрицательном значении температуры окружающей среды может привести к загидрачиванию.A disadvantage of the known device is that based on the optimal geometric dimensions (the ratio of the diameter of the apparatus to the height of the housing, the diameter of the separation bag, its height, the width of the deflector and other sizes) worked out and determined by hydrodynamic tests, the distance between the surface of the deflector and the outer surface of the packet turned out to be insufficient, during transportation of the gas-liquid flow through the separator, a stagnant zone is formed in the lower part of the storage tank, which is negative nom value of the ambient temperature may cause zagidrachivaniyu.

Более близким к предлагаемому инженерному решению является сепаратор (заявка RU №2006105839), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, вертикальный сепарационный пакет с плоским днищем, состоящий из плоских изогнутых сепарационных пластин, образующих щелевые каналы в зоне нахлестки и своими вертикальными изогнутыми концами, направленных в разные стороны касательно относительно наружного и внутреннего диаметров сепарационного пакета, ложное днище. В центре плоского днища сепарационного пакета и ложного днища выполнены сквозные отверстия, в которые вмонтирован пустотелый цилиндр, основание которого установлено на ложном днище, а верхняя кромка цилиндра приподнята относительно поверхности плоского днища. По наружному диаметру нижней поверхности ложного днища смонтирован цилиндрический вертикальный рассеиватель с просечками, а непосредственно под пустотелым цилиндром прикреплен диск.Closer to the proposed engineering solution is a separator (application RU No. 2006105839) containing a vertical cylindrical body, a horizontal cover, an inlet, outlet, drain pipe, a deflector installed in the direction of rotation of the gas-liquid flow, a vertical separation package with a flat bottom, consisting of flat curved separation plates forming slotted channels in the lap zone and their vertical curved ends directed in different directions with respect to the outer and inner diameters ditch separation bag, false bottom. Through holes are made in the center of the flat bottom of the separation bag and the false bottom, in which a hollow cylinder is mounted, the base of which is mounted on the false bottom, and the upper edge of the cylinder is raised relative to the surface of the flat bottom. A cylindrical vertical diffuser with notches is mounted along the outer diameter of the lower surface of the false bottom, and a disk is attached directly under the hollow cylinder.

Недостаток этой конструкции заключается в том, что исполнение сепарационного пакета из пластин с изогнутыми концами усложняет процесс изготовление пакета, исключается процесс удаления твердых частиц из накопительной емкости при непрерывном режиме работы, гидродинамический процесс удаления пленочной жидкой фазы из ловушки, образованной внутренней стороной корпуса, изогнутой пластиной и дефлектором, оставляет желание быть лучше. Попадая в ловушку жидкая фаза теряет кинетическую энергию и под действием гравитационных силы стекает вниз в зону движения вращающегося потока. Встреча вертикально удаляемого потока и вращающегося приводит к ломке структуры вращающегося потока, возникают завихрения, что в итоге, приводит к потере напора и неэффективной сепарации.The disadvantage of this design is that the execution of the separation package from plates with curved ends complicates the process of manufacturing the package, eliminates the process of removing solid particles from the storage tank during continuous operation, the hydrodynamic process of removing the film of liquid phase from the trap formed by the inner side of the body, a curved plate and deflector, leaves the desire to be better. Falling into a trap, the liquid phase loses kinetic energy and, under the influence of gravitational forces, flows down into the zone of motion of a rotating stream. The meeting of a vertically removed stream and a rotating one leads to breaking of the structure of the rotating stream, turbulence occurs, which ultimately leads to a loss of pressure and ineffective separation.

Техническим решением задачи является устранение этих недостатков. Создание в накопительной емкости такого гидродинамического режима, при котором гравитационные силы газового потока будут превосходящими по сравнению с центробежными.The technical solution to the problem is to eliminate these shortcomings. The creation of such a hydrodynamic regime in the storage tank in which the gravitational forces of the gas stream will be superior to centrifugal ones.

Задача решается тем, что внутри накопительной емкости находится перфорированный цилиндр, к верхней части которого прикреплен перфорированный диск, по центру перфорированного диска закреплен передвижной по вертикальной оси шток, на верхнем конце которого установлена глухая шайба.The problem is solved by the fact that there is a perforated cylinder inside the storage tank, a perforated disk is attached to its upper part, a rod movable along the vertical axis is fixed in the center of the perforated disk, and a blind washer is installed on its upper end.

Ниже перфорированного цилиндра в верхней части накопительной емкости расположены вращающиеся на одной оси полукруглые плоские шибера, которые позволяют удалять скопившиеся твердые частицы, не прерывая работу циклона.Below the perforated cylinder in the upper part of the storage tank are semicircular flat gates rotating on the same axis, which allow the removal of accumulated solid particles without interrupting the operation of the cyclone.

Между внутренней поверхностью корпуса циклона и началом вертикальной пластины дефлектора около входного патрубка образован вертикальный щелевой канал, который улучшает гидродинамический процесс удаления частиц из ловушки, образованной внутренней поверхностью корпуса, вертикальной пластиной дефлектора и изогнутой пластиной.A vertical slit channel is formed between the inner surface of the cyclone body and the beginning of the vertical deflector plate near the inlet pipe, which improves the hydrodynamic process of removing particles from the trap formed by the inner surface of the body, the vertical deflector plate, and the curved plate.

Изготовление сепарационного пакета из плоских пластин способствует упрощению технологии его изготовления.The manufacture of a separation bag from flat plates facilitates the simplification of its manufacturing technology.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружена заявляемость совокупности признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.According to the patent and scientific and technical literature, the claimed nature of the totality of features is not found, which allows us to judge the inventive step of the proposal.

На фиг.1 показан циклон в поперечном сечении.Figure 1 shows a cyclone in cross section.

На фиг.2 - разрез А-А фиг.1.Figure 2 is a section aa of figure 1.

На фиг.3 - разрез В-В фиг.2.Figure 3 is a section bb In figure 2.

Циклон состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с осью О, горизонтальной крышки 2 с цилиндрическим отверстием 3, над которым расположен переходник 4 с выходным патрубком 5, входного патрубка 6, соединенного с корпусом 1 в верхней его части, дефлектора 7, установленного по ходу вращения газового потока и формирующего вращательное движение потока внутри циклона, причем по ходу потока поперечное сечение дефлектора уменьшается по горизонтали и возрастает по высоте, сохраняя при этом постоянную площадь, изогнутой пластины 8. Внутренняя поверхность корпуса 1, вертикальная пластина дефлектора 7 и изогнутая пластина 8 образуют ловушку. Между внутренней поверхностью корпуса циклона 1 и началом вертикальной пластины дефлектора 7 около входного патрубка образован вертикальный щелевой канал 9. Ось O₁ вертикального сепарационного пакета 10 сдвинута относительно оси корпуса О таким образом, что зазор между дефлектором 7 и наружной поверхностью сепарационного пакета был приближенно равен зазору с противоположной стороны, т.е. расстоянию между наружной поверхностью сепарационного пакета и внутренней поверхностью корпуса циклона 1. Сепарационный пакет 10 состоит из плоских вертикальных пластин 11, образующих между собой в зоне нахлестки щелевые каналы 12. Внутри в нижней части сепарационного пакета 10 расположено плоское днище 13, приподнятое относительно нижней кромки пластин 11 и имеющее относительно их кольцевой радиальный зазор 14 и соединенное посредством радиальных косынок 15 с ложным днищем 16. В центре плоского днища 13 и ложного 16 имеются сквозные отверстия, в которые вмонтирована цилиндрическая трубка 17. К ложному днищу 16 прикреплен конус 18, к которому снизу прикреплен перфорированный цилиндр 21, к верхней части которого прикреплен перфорированный диск 19. По оси сепарационного пакета O₁ в перфорированном диске 19 установлен передвижной по вертикальной оси O₁ шток 20 с глухой шайбой на конце. Ниже перфорированного цилиндра 21 на оси 24, закрепленной на корпусе накопительной емкости 22, расположены вращающиеся плоские шибера 25. По высоте накопительной емкости 22 расположены смотровые лючки 23. Накопившаяся отсепарированная масса удаляется через разгрузочные отверстия 26 в передвижную тележку 27.The cyclone consists of a vertical cylindrical body 1 with an axis O, a horizontal cover 2 with a cylindrical hole 3, over which an adapter 4 with an outlet pipe 5 is located, an inlet pipe 6 connected to the housing 1 in its upper part, a deflector 7 installed in the direction of rotation of the gas flow and forming a rotational movement of the flow inside the cyclone, and along the flow, the cross section of the deflector decreases horizontally and increases in height, while maintaining a constant area of the curved plate 8. Internal the surface of the housing 1, the vertical plate of the deflector 7 and the curved plate 8 form a trap. Between the inner surface of the cyclone body 1 and the beginning of the vertical plate of the deflector 7 near the inlet pipe, a vertical slotted channel 9 is formed. The axis O _{1 of the} vertical separation bag 10 is shifted relative to the axis of the housing O so that the gap between the deflector 7 and the outer surface of the separation bag is approximately equal to the gap on the opposite side, i.e. the distance between the outer surface of the separation bag and the inner surface of the cyclone body 1. The separation bag 10 consists of flat vertical plates 11 forming gap channels 12 between them in the lap zone. Inside the lower part of the separation package 10 there is a flat bottom 13, raised relative to the lower edge of the plates 11 and having a relative radial clearance 14 relative to them and connected by means of radial scarves 15 to a false bottom 16. In the center of the flat bottom 13 and false 16 there are through holes in which are mounted on a cylindrical tube 17. A cone 18 is attached to the false bottom 16, to which a perforated cylinder 21 is attached from below, a perforated disk 19 is attached to its upper part. A rod 20 that is movable along the vertical axis O _{1 is} mounted on the axis of the separation bag O ₁ in the perforated disk 19 with a blank washer at the end. Rotating flat gates 25 are located below the perforated cylinder 21 on the axis 24 mounted on the housing of the storage tank 22. Inspection hatches 23 are located along the height of the storage tank 22. The accumulated separated mass is removed through the discharge openings 26 into the mobile carriage 27.

Циклон работает следующим образом: сепарируемая газовая смесь подводится в аппарат через входной патрубок 6. Установка входного патрубка, смещенного по горизонтали относительно осевой линии корпуса, позволяет создать скользящий удар о поверхность дефлектора 7, установленного по ходу вращения потока. Предельная величина смещения определяется параметрами, при которых не следует применять дополнительно усиливающих прочность шва детали. Дефлектор 7 препятствует поступлению неразделенной газовой смеси в осевую зону сепарационного пакета, отдаляет неразделенный поток на выходе из дефлектора от щелевых каналов сепарационного пакета 10, равномерно рассредоточивает поток по высоте. Минимальный зазор на выходе из дефлектора за счет поверхностного натяжения позволяет «придавить» подлежащую сепарации фазу к внутренней поверхности корпуса циклона, что, в конечном счете, улучшает процесс разделения. Использование дефлектора с постоянной площадью поперечного сечения позволяет до минимума снизить потери напора. В пространстве, образованном стенкой корпуса 1 и пластинами 11, из газового потока выделяется основная масса сепарируемой фракции. Их частицы отбрасываются центробежной силой на внутреннюю поверхность корпуса 1 циклона и под действием гравитационных сил по ходу вращения газового потока постепенно по нисходящей спирали транспортируются в накопительную емкость 22. Твердые и жидкие частицы через зазор попадают в ловушку, образованную внутренней стороной корпуса 1, изогнутой пластиной 8 и дефлектором 7, где, продолжая движение под действием центробежных сил, через вертикальный щелевой канал 9 снова попадает внутрь дефлектора 7 и, подхватываемые общим потоком, транспортируется к выходу из дефлектора. Очищенный от твердых или жидких частиц газовый поток, проходя щелевые каналы 12, транспортируется вверх к выходному отверстию 5. При очистке запыленной газовой смеси возникают трудности в отделении мелкозернистой пылевой фракции ввиду малой разницы в плотности чистой и запыленной газовой смеси. Если при сепарации жидкой фазы в газожидкостном потоке жидкая фаза транспортировалась в направлении к накопительной емкости за счет сил тяжести, то движение мелких твердых частиц к накопительной емкости осуществляется за счет подсоса через цилиндрическую трубку, создаваемого вращающимся газовым потоком внутри сепарационного пакета. Крупные частицы обладают достаточными гравитационными силами и под их действием транспортируются между перфорированным цилиндром 21 и корпусом в накопительную емкость 22. Для обеспечения непрерывного режима сепарации во время удаления пыли из накопительной емкости 22 через разгрузочные отверстия 26 в подвижное транспортирующее устройство 27, шибера 25 занимают горизонтальное положение, изолируя на время разгрузки накопительную емкость. Мелкодисперсная, аэрозольная пылевая масса за счет разряжения (вакуума) в центре сепарационного пакета 10 транспортируется (засасывается) в зону перфорированного цилиндра 21. Скорость поступления запыленного потока контролируется открытием и закрытием отверстия трубки 17 передвижным штоком 20. Проходя через перфорированный цилиндр 21, перфорированный диск 19 и конус 18, прежде чем попасть в трубку 17, поток снижает скорость за счет рассредоточения потока по всей поверхности перфорированного цилиндра 21. Скорость частиц пыли уменьшается и газопылевая масса внутри перфорированного цилиндра 21 и конуса 18 становится практически неподвижной. Этот ламинарный режим способствует выпадению мелкодисперсной пыли в осадок.The cyclone works as follows: the separated gas mixture is fed into the apparatus through the inlet pipe 6. Installing the inlet pipe horizontally offset relative to the center line of the housing allows you to create a sliding impact on the surface of the deflector 7, installed in the direction of rotation of the stream. The maximum displacement value is determined by the parameters at which it is not necessary to use additionally reinforcing the strength of the seam of the part. The deflector 7 prevents the flow of the undivided gas mixture into the axial zone of the separation package, moves the undivided flow at the outlet of the deflector away from the slotted channels of the separation package 10, uniformly disperses the flow in height. The minimum clearance at the outlet of the deflector due to surface tension allows you to “push” the phase to be separated to the inner surface of the cyclone body, which ultimately improves the separation process. The use of a baffle with a constant cross-sectional area allows you to minimize pressure loss. In the space formed by the wall of the housing 1 and the plates 11, the bulk of the separated fraction is separated from the gas stream. Their particles are discarded by centrifugal force on the inner surface of the cyclone body 1 and, under the influence of gravitational forces, are gradually transported along a downward spiral into a storage tank 22. Solid and liquid particles through a gap fall into a trap formed by the inner side of the body 1, by a curved plate 8 and deflector 7, where, continuing to move under the action of centrifugal forces, through the vertical slotted channel 9 again enters the deflector 7 and, picked up by the general flow, transport uetsya out of the vent. The gas stream purified from solid or liquid particles, passing through the slotted channels 12, is transported upward to the outlet 5. When cleaning a dusty gas mixture, difficulties arise in separating the fine-grained dust fraction due to the small density difference between the clean and dusty gas mixture. If during the separation of the liquid phase in the gas-liquid flow, the liquid phase was transported towards the storage tank due to gravity, then the movement of small solid particles to the storage tank is carried out by suction through a cylindrical tube created by the rotating gas stream inside the separation bag. Large particles have sufficient gravitational forces and, under their action, are transported between the perforated cylinder 21 and the housing to the storage tank 22. To ensure a continuous separation mode during dust removal from the storage tank 22 through the discharge openings 26 into the movable transporting device 27, the gate 25 is horizontal isolating the storage tank for unloading time. A finely dispersed, aerosolized dust mass due to vacuum (vacuum) in the center of the separation bag 10 is transported (sucked) into the area of the perforated cylinder 21. The velocity of the dusty stream is controlled by the opening and closing of the tube opening 17 by the movable rod 20. Passing through the perforated cylinder 21, the perforated disk 19 and the cone 18, before getting into the tube 17, the flow reduces the speed due to the dispersal of the flow over the entire surface of the perforated cylinder 21. The speed of the dust particles decreases and the gas the sludge mass inside the perforated cylinder 21 and the cone 18 becomes practically stationary. This laminar regime contributes to the precipitation of fine dust into the sediment.

Таким образом, внедрение предлагаемого инженерного решения позволяет:Thus, the implementation of the proposed engineering solution allows you to:

1. Увеличить производительность по газовой фазе за счет разряжения и подсоса через трубку в нижней части сепарационного пакета, создаваемого вращающимся вихревым потоком.1. To increase productivity in the gas phase due to vacuum and suction through the tube in the lower part of the separation package created by the rotating vortex flow.

2. Снизить потери напора за счет энергии, ранее идущей на образование режима «смерча».2. To reduce the pressure loss due to the energy previously spent on the formation of the tornado regime.

3. Увеличить эффективность работы циклона за счет улучшения качества сепарации.3. To increase the efficiency of the cyclone by improving the quality of separation.

Claims

A cyclone containing a vertical cylindrical body, a horizontal cover, inlet and outlet nozzles, a deflector installed in the direction of rotation of the gas stream, a false bottom, a vertical separation package consisting of flat separation plates forming slotted channels in the lap zone, a flat bottom raised relative to the bottom the edges of the plates and having an annular radial clearance relative to them and connected by means of radial scarves with a false bottom, while in the center of the flat bottom of the separation package and in the center of the false bottom, through holes are made into which a cylindrical tube is mounted, a storage tank, characterized in that a vertical slotted channel is formed between the inner surface of the cyclone body and the beginning of the vertical deflector plate near the inlet pipe, a perforated cylinder is mounted inside the storage tank, to the upper part of which a perforated disk is attached, a movable rod is fixed along the axial line of the perforated disk, at the upper end of which there is a blind Ayba, below the perforated cylinder in the upper part of the storage tank are semicircular flat gates rotating on the same axis.