RU2781925C2 - Cyclone element of multicyclone - Google Patents

Cyclone element of multicyclone Download PDF

Info

Publication number
RU2781925C2
RU2781925C2 RU2022108004A RU2022108004A RU2781925C2 RU 2781925 C2 RU2781925 C2 RU 2781925C2 RU 2022108004 A RU2022108004 A RU 2022108004A RU 2022108004 A RU2022108004 A RU 2022108004A RU 2781925 C2 RU2781925 C2 RU 2781925C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylindrical part
exhaust pipe
tapering
cylindrical
multicyclone
Prior art date
Application number
RU2022108004A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2022108004A (en
Inventor
Евгений Викторович Надточиев
Владислав Айратович Шамсутдинов
Антон Александрович Авдонин
Юрий Тимофеевич Кравцов
Original Assignee
Евгений Викторович Надточиев
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Викторович Надточиев filed Critical Евгений Викторович Надточиев
Publication of RU2022108004A publication Critical patent/RU2022108004A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2781925C2 publication Critical patent/RU2781925C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: multicyclones.
SUBSTANCE: invention relates to a cyclone element of a multicyclone. The cyclone element of the multicyclone includes a one-piece forged body 1 with a cylindrical part 2 and a tapering part 3, a guide vane 4 and an exhaust pipe 5. The length of the tapered part 2 is at least half the length of the cylindrical part 1. The tapering part of the body is made in the form of a shell of rotation with a central outlet hole. The profile of the walls of the tapering part is matched with the profile of the walls of the cylindrical part. The guide apparatus 4 is made in the form of two semi-volutes, the inlets 6 of which are located parallel to the axis of the exhaust pipe and directed in opposite directions. The guide vane 4 covers the exhaust pipe 5 and is fixed on the cylindrical part of the body 1. The length of the tapering part of the body is related to the characteristics of the gas flow being cleaned, the inner diameter of the cylindrical part of the body and the outer diameter of the exhaust pipe by the ratio:
Figure 00000030
,
where: "*" - the index of linear dimensions, expressed in fractions of the inner diameter of the cylindrical part of the body D,
Figure 00000031
is the length of the tapering part of the body;
Figure 00000032
is outer diameter of the exhaust pipe; d and d* - dust particle diameter in mm and fractions of the inner diameter of the cylindrical part of the housing; μ - dynamic viscosity of gas, Pa⋅s; ρ is the density of a dust particle, kg/m3; and t is the tangential velocity of a dust particle, taken equal to the velocity of the gas flow at the inlet to the cylindrical part of the body, m/s. The proposed ratios of the dimensions of the cyclone element provide a reduction in the mass, material consumption and labor intensity of its manufacture from standard pipes and exclude the ingress of liquid and dust into the ascending stream of purified gas.
EFFECT: reducing the consumption of resources in the production of cyclone elements and increasing the reliability of gas-pumping equipment of compressor stations.
5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области очистки газа с использованием гравитационных, инерционных и центробежных сил, а именно, к мультициклонам, (именуемым также батарейными циклонами), и предназначено для компрессорных станций магистральных газопроводов.The invention relates to the field of gas purification using gravitational, inertial and centrifugal forces, namely, to multicyclones (also referred to as battery cyclones), and is intended for compressor stations of main gas pipelines.

Мультициклон представляет собой инерционный пылеулавливающий аппарат, включающий множество параллельно включенных циклонных элементов, объединенных в одном корпусе и имеющих общий подвод и отвод газов, а также сборный бункер. См. Кропп Л.Д., Бронштейн А.Ш. Эксплуатация батарейных циклонов. - Москва; Ленинград: Энергия, 1964. - стр. 28-32, 62-71.The multicyclone is an inertial dust collecting apparatus, including a plurality of cyclone elements connected in parallel, combined in one housing and having a common gas supply and exhaust, as well as a collection bin. See Kropp L.D., Bronstein A.Sh. Operation of battery cyclones. - Moscow; Leningrad: Energy, 1964. - pp. 28-32, 62-71.

Циклонный элемент мультициклона включает корпус с цилиндрической и сужающейся частями, направляющий аппарат и выхлопную трубу. Длины цилиндрической и сужающейся частей корпуса по существу одинаковы. Сужающаяся часть корпуса выполнена в виде конической оболочки с центральным отводным отверстием. Направляющий аппарат винтового или розеточного типа установлен в цилиндрической части корпуса между стенками корпуса и выхлопной трубы. Детали циклонного элемента выполнены из листовой стали и соединены сварными швами.The cyclone element of the multicyclone includes a housing with cylindrical and tapering parts, a guide vane and an exhaust pipe. The lengths of the cylindrical and tapering parts of the housing are essentially the same. The tapering part of the housing is made in the form of a conical shell with a central outlet. The guide apparatus of screw or socket type is installed in the cylindrical part of the housing between the walls of the housing and the exhaust pipe. The details of the cyclone element are made of sheet steel and connected by welds.

Известный циклонный элемент не приспособлен к отделению жидкости, поступающей в мультициклон с газом и оседающей на внутренних стенках корпуса в виде ползучих слоев. Сползая по внутренним коническим стенкам сужающейся части корпуса, жидкость попадает в зону пониженного давления и всасывается восходящим потоком газа. Сползая по внешним стенкам выхлопной трубы «… Слои жидкости подтекают к отверстию выхлопной трубы, откуда они легко увлекаются газом. Степень ползучести зависит от свойств жидкости - ее поверхностного натяжения и вязкости, так, например, масло увлекается быстрее, чем вода.». См. Страус В. Промышленная очистка газов: Пер. с англ. - М.: Химия, 1981. - стр. 291-295.Known cyclone element is not adapted to the separation of liquid entering the multicyclone with gas and settling on the inner walls of the housing in the form of creeping layers. Sliding along the inner conical walls of the tapering part of the housing, the liquid enters the zone of low pressure and is sucked in by the ascending gas flow. Sliding down the outer walls of the exhaust pipe “... Layers of fluid flow to the exhaust pipe opening, from where they are easily entrained by gas. The degree of creep depends on the properties of the liquid - its surface tension and viscosity, so, for example, oil is carried away faster than water. See Straus V. Industrial gas cleaning: TRANS. from English. - M.: Chemistry, 1981. - pp. 291-295.

Кроме того, в сужающейся конической части корпуса наблюдается проскок частиц пыли и жидкости из нисходящего потока газа в восходящий. На частицу действует сила сопротивления закрученного потока газа, несущая частицу по нисходящей траектории в виде сужающейся спирали, и центробежная сила, направляющая частицу к конической стенке. Движение частицы сопровождается встречными ударами о коническую стенку и отскоками частиц к оси конуса. Вблизи отводного отверстия, радиальные составляющие сил сопротивления потока и удара могут оказаться достаточными для преодоления центробежной силы и проскока частицы в восходящий поток газа. Явление проскока частиц в восходящий поток ограничивает эффективность очистки.In addition, in the tapered conical part of the housing, dust and liquid particles slip from the downward gas flow into the upward one. The particle is affected by the resistance force of the swirling gas flow, which carries the particle along a downward trajectory in the form of a tapering spiral, and the centrifugal force, which directs the particle to the conical wall. The motion of the particle is accompanied by counter impacts on the conical wall and rebounds of the particles to the axis of the cone. Near the outlet, the radial components of the flow resistance and impact forces may be sufficient to overcome the centrifugal force and slip the particle into the upward gas flow. The phenomenon of particle slippage into the updraft limits the purification efficiency.

Известен циклонный элемент, отлитый из высококачественного чугуна. См. Страус В. Промышленная очистка газов: Пер. с англ. - М.: Химия, 1981. - стр. 291-295. Цельнолитой циклонный элемент содержит цилиндрическую часть, сужающуюся часть, направляющий аппарат и выхлопную трубу. Длина сужающейся части, по меньшей мере, вдвое меньше длины цилиндрической части. Сужающаяся часть выполнена в виде параболической оболочки вращения с центральным отводным отверстием. Профиль стенок сужающейся части сопрягается с профилем стенок цилиндрической части. Направляющий аппарат розеточного типа выполнен между цилиндрическими стенками корпуса и выхлопной трубы.Known cyclone element, cast from high quality cast iron. See Straus V. Industrial gas cleaning: TRANS. from English. - M.: Chemistry, 1981. - pp. 291-295. One-piece cyclonic element contains a cylindrical part, a tapered part, a guide vane and an exhaust pipe. The length of the tapering part is at least half the length of the cylindrical part. The tapering part is made in the form of a parabolic shell of revolution with a central outlet. The profile of the walls of the tapered part is matched with the profile of the walls of the cylindrical part. The rosette-type guide apparatus is made between the cylindrical walls of the housing and the exhaust pipe.

В удлиненной цилиндрической части цельнолитого циклонного элемента слои осажденной жидкости сползают в сужающуюся часть вне зоны пониженного давления. Сила сопротивления закрученного потока газа несет частицу пыли по нисходящей траектории в виде цилиндрической спирали. Центробежная сила, направляет частицы жидкости и пыли к стенке циклона. Частицы пыли и жидкости концентрируются в пристеночном слое потока газа. Сила касательных ударов о цилиндрическую стенку недостаточна для проскока частиц в восходящий поток газа. В короткой сужающейся части направление газового потока меняется на противоположное, а сконцентрированные в пристеночном слое цилиндрической части пыль и жидкость под действием гравитационных, инерционных и центробежных сил удаляются через центральное отверстие. Описанный циклонный элемент обеспечивает лучшую очистку газа относительно первого аналога, но сохраняет подтекание осевшей жидкости к отверстию выходной трубы и проскок частиц пыли из нисходящего потока газа в восходящий, ввиду высокой скорости пристеночного слоя газа.In the elongated cylindrical part of the one-piece cast cyclone element, the layers of the deposited liquid slide into the tapered part outside the low pressure zone. The resistance force of the swirling gas flow carries the dust particle along a downward trajectory in the form of a cylindrical spiral. Centrifugal force directs liquid and dust particles to the cyclone wall. Dust and liquid particles are concentrated in the near-wall layer of the gas flow. The force of tangential impacts against the cylindrical wall is not sufficient for particles to slip into the ascending gas flow. In the short tapering part, the direction of the gas flow changes to the opposite, and the dust and liquid concentrated in the near-wall layer of the cylindrical part are removed through the central hole under the action of gravitational, inertial and centrifugal forces. The described cyclone element provides better gas purification relative to the first analogue, but retains the leakage of the settled liquid to the outlet pipe opening and the slippage of dust particles from the descending gas flow to the ascending one, due to the high velocity of the near-wall gas layer.

Наиболее близок к предлагаемому техническому решению, принятый за прототип, циклонный элемент мультициклона ANDERSON Multi-Cyclone Separator (AMCS) компании Clark-Reliance Corporation. См. бюллетень «AN-DERSON™. A Division Of The Clark-Reliance Corporation. AMCS Series Multi-Cyclone Separator. Section: A100. Bulletin: A100.45. Date: 3/1/98. Supersedes: 3/79., а также контент на сайте компании: URL: https://www.crfiltrationsolu-tions.com/anderson-separators-gas-applications (дата обращения: 31.01.2022).Closest to the proposed technical solution, taken as a prototype, the cyclone element of the multicyclone ANDERSON Multi-Cyclone Separator (AMCS) from Clark-Reliance Corporation. See AN-DERSON™ Bulletin. A Division Of The Clark-Reliance Corporation. AMCS Series Multi-Cyclone Separator. Section: A100. Bulletin: A100.45. Date: 3/1/98. Supersedes: 3/79., as well as content on the company's website: URL: https://www.crfiltrationsolu-tions.com/anderson-separators-gas-applications (Accessed: 01/31/2022).

Циклонный элемент AMCS состоит из литого корпуса и выхлопной трубы. Литой корпус и выхлопная труба соединены сварным швом. Литой корпус содержит цилиндрическую часть, сужающуюся частью и направляющий аппарат. Длина сужающейся части, по меньшей мере, вдвое меньше длины цилиндрической части. Сужающаяся часть литого корпуса выполнена в виде полусферической оболочки с центральным отводным отверстием. Профиль стенок сужающейся части сопрягается с профилем стенок цилиндрической части. Направляющий аппарат выполнен в виде двух полу-улиток, охватывающих выхлопную трубу снизу. Входы полу-улиток расположены параллельно оси выхлопной трубы и направлены в противоположные стороны.The AMCS cyclone element consists of a cast housing and an exhaust pipe. Cast housing and exhaust pipe are welded together. The cast body contains a cylindrical part, a tapering part and a guide vane. The length of the tapering part is at least half the length of the cylindrical part. The tapering part of the cast housing is made in the form of a hemispherical shell with a central outlet. The profile of the walls of the tapered part is matched with the profile of the walls of the cylindrical part. The guide apparatus is made in the form of two semi-volutes covering the exhaust pipe from below. The entrances of the semi-volutes are parallel to the axis of the exhaust pipe and directed in opposite directions.

Расположение входов полу-улиток исключает стекание осевшей на выхлопной трубе жидкости во внутреннюю полость циклонного элемента. В удлиненной цилиндрической части корпуса циклонного элемента слои осажденной жидкости сползают в сужающуюся часть вне зоны пониженного давления. Сила сопротивления закрученного потока газа несет частицу пыли по нисходящей траектории в виде цилиндрической спирали. Центробежная сила, направляет частицы жидкости и пыли к стенке циклона. Частицы пыли и жидкости концентрируются в пристеночном слое потока газа. Силы касательных ударов о цилиндрическую стенку недостаточно для проскока частиц пыли в восходящий поток газа. В короткой сужающейся части направление газового потока меняется на противоположное, а сконцентрированные в пристеночном слое цилиндрической части пыль и жидкость под действием гравитационных, инерционных и центробежных сил удаляются через центральное отверстие.The location of the entrances of the semi-volutes prevents the liquid settled on the exhaust pipe from flowing into the internal cavity of the cyclone element. In the elongated cylindrical part of the body of the cyclone element, the layers of the deposited liquid slide into the converging part outside the zone of low pressure. The resistance force of the swirling gas flow carries the dust particle along a downward trajectory in the form of a cylindrical spiral. Centrifugal force directs liquid and dust particles to the cyclone wall. Dust and liquid particles are concentrated in the near-wall layer of the gas flow. The force of tangential impacts against the cylindrical wall is not enough for dust particles to slip into the ascending gas flow. In the short tapering part, the direction of the gas flow changes to the opposite, and the dust and liquid concentrated in the near-wall layer of the cylindrical part are removed through the central hole under the action of gravitational, inertial and centrifugal forces.

По данным производителя циклонные элементы мультициклона AMCS удаляют 100% жидких и твердых частиц размером 8,0 мкм и более, и более и 99% всех частиц размером 5-8 мкм при заданных изготовителем параметрах давления и расхода газа. Однако, изменение параметров давления и расхода газа приводит к снижению эффективности очистки как у прототипа, так и у всех рассмотренных выше аналогов. Как следствие, на частичных режимах эксплуатации мультициклона эффективность очистки газа в циклонном элементе снижается.According to the manufacturer, the cyclonic elements of the AMCS multicyclone remove 100% of liquid and solid particles with a size of 8.0 microns or more and 99% of all particles with a size of 5-8 microns at the pressure and gas flow parameters specified by the manufacturer. However, changing the parameters of pressure and gas flow leads to a decrease in the cleaning efficiency of both the prototype and all the analogues discussed above. As a result, at partial operating modes of the multicyclone, the efficiency of gas purification in the cyclone element is reduced.

Циклонные элементы и их корпуса с сужающейся частью в виде параболической или полусферической оболочки выполняются литыми и характеризуются большей массой, материалоемкостью и трудоемкостью производства относительно аналогов с конической сужающейся частью, изготовленных из листового материала.Cyclone elements and their bodies with a tapered part in the form of a parabolic or hemispherical shell are cast and are characterized by a greater mass, material consumption and labor intensity of production compared to analogues with a tapered tapered part made of sheet material.

Задачи, решаемые изобретением:Problems solved by the invention:

- сократить массу, материалоемкость и трудоемкость циклонного элемента;- reduce the weight, material consumption and labor intensity of the cyclone element;

- повысить эффективность очистки газа при изменении параметров давления и расхода газа.- increase the efficiency of gas purification when changing the parameters of pressure and gas flow.

Технический результат от использования изобретения:The technical result from the use of the invention:

- сокращение расхода ресурсов в производстве циклонных элементов.- reduction of resource consumption in the production of cyclone elements.

- повышение надежности газоперекачивающего оборудования компрессорных станций.- increasing the reliability of gas-pumping equipment of compressor stations.

Изобретение реализуют в нескольких исполнениях.The invention is implemented in several versions.

1-е исполнение.1st execution.

Циклонный элемент мультициклона включает корпус с цилиндрической и сужающейся частями, направляющий аппарат и выхлопную трубу. Длина сужающейся части, по меньшей мере, вдвое меньше длины цилиндрической части. Сужающаяся часть выполнена в виде оболочки вращения с дугообразным профилем стенок и центральным отводным отверстием. Профиль стенок сужающейся части сопрягается с профилем стенок цилиндрической части. Направляющий аппарат выполнен в виде двух полу-улиток, входы которых расположены параллельно оси выхлопной трубы и направлены в противоположные стороны. Направляющий аппарат охватывает выхлопную трубу и закреплен на корпусе.The cyclone element of the multicyclone includes a housing with cylindrical and tapering parts, a guide vane and an exhaust pipe. The length of the tapering part is at least half the length of the cylindrical part. The tapering part is made in the form of a shell of revolution with an arcuate profile of the walls and a central outlet. The profile of the walls of the tapered part is matched with the profile of the walls of the cylindrical part. The guide apparatus is made in the form of two semi-volutes, the inlets of which are located parallel to the axis of the exhaust pipe and directed in opposite directions. The guide apparatus covers the exhaust pipe and is fixed on the body.

Для решения поставленной задачи длина сужающейся части корпуса связана с параметрами очищаемого потока газа, внутренним диаметром цилиндрической части корпуса и наружным диаметром выхлопной трубы в виде соотношения:To solve the problem, the length of the tapering part of the housing is related to the parameters of the gas flow being cleaned, the inner diameter of the cylindrical part of the housing and the outer diameter of the exhaust pipe in the form of the ratio:

Figure 00000001
Figure 00000001

где: «*» - индекс линейных размеров, выраженных в долях внутреннего диаметра цилиндрической части корпуса (см. размер В на фиг. 1),

Figure 00000002
- длина сужающейся части корпуса;
Figure 00000003
- наружный диаметр выхлопной трубы; d и d* - диаметр частицы пыли в мм и долях внутреннего диаметра цилиндрической части корпуса; μ - динамическая вязкость газа, Па⋅сек.; ρ - плотность частицы пыли, кг/м3; иt - тангенциальная скорость частицы пыли, принятая равной скорости потока газа на входе в цилиндрическую часть корпуса, м/сек.where: "*" - the index of linear dimensions, expressed in fractions of the inner diameter of the cylindrical part of the body (see dimension B in Fig. 1),
Figure 00000002
- the length of the tapering part of the body;
Figure 00000003
- outer diameter of the exhaust pipe; d and d* - dust particle diameter in mm and fractions of the inner diameter of the cylindrical part of the housing; μ - dynamic viscosity of gas, Pa⋅sec.; ρ is the density of dust particles, kg/m 3 ; and t is the tangential velocity of a dust particle, taken equal to the gas flow velocity at the inlet to the cylindrical part of the body, m/s.

Выражение в скобках содержит параметры очищаемого потока газа и для каждого месторождения имеет свое значение.The expression in parentheses contains the parameters of the gas flow to be cleaned and has its own meaning for each field.

Безразмерные линейные величины с индексом «*» позволяют использовать соотношение (1) и создавать геометрически подобные циклонные элементы для различных расходов газа. Обоснование соотношения (1) представлено в описании примера осуществления изобретения.Dimensionless linear quantities with index "*" allow using relation (1) and creating geometrically similar cyclone elements for different gas flow rates. The rationale for relation (1) is presented in the description of an exemplary embodiment of the invention.

Исполнение 1 обеспечивает сокращения массы, материалоемкости и трудоемкости циклонных элементов за счет применения для корпуса и выхлопной трубы заготовок из стандартного трубного проката. Длина сужающейся части, удовлетворяющей соотношению (1), исключает влияние дискретности стандартных размеров труб на эффективность очистки газа.Version 1 reduces the weight, material consumption and labor intensity of cyclone elements due to the use of blanks from standard rolled tubing for the body and exhaust pipe. The length of the tapering part that satisfies relation (1) excludes the influence of the discreteness of standard pipe sizes on the efficiency of gas purification.

2-е исполнение.2nd execution.

Циклонный элемент мультициклона в исполнении 1, отличающийся тем, что профиль внутренней стенки сужающейся части корпуса выполнен дугой окружности, радиус которой по существу определен соотношением:Cyclone element of the multicyclone in version 1, characterized in that the profile of the inner wall of the tapering part of the housing is made by an arc of a circle, the radius of which is essentially determined by the ratio:

Figure 00000004
Figure 00000004

где:

Figure 00000005
- радиус дуги окружности профиля; α - угол начала скатывания отделенных частиц жидкости под собственной тяжестью по стенкам сужающейся части, см. Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. М., «Химия», 1974. 416 с. С. 97-100.where:
Figure 00000005
- radius of the profile circle arc; α - the angle of the beginning of the rolling of the separated particles of the liquid under its own weight along the walls of the tapering part, see Zimon A.D. Liquid adhesion and wetting. M., "Chemistry", 1974. 416 p. pp. 97-100.

Исполнение 2 обеспечивает скатывание частиц жидкости с внутренней стенки сужающейся части под собственной тяжестью и достаточную вогнутость внутренней стенки для исключения попадания частиц пыли и жидкости в восходящий поток. Исполнение повышает эффективность очистки газа на частичных режимах эксплуатации мультициклона.Execution 2 provides liquid particles rolling from the inner wall of the converging part under its own weight and sufficient concavity of the inner wall to prevent dust and liquid particles from entering the upward flow. The design increases the efficiency of gas purification at partial operating modes of the multicyclone.

3-е исполнение.3rd execution.

Циклонный элемент мультициклона в исполнении 2, отличающийся тем, что профиль внутренней стенки сужающейся части выполнен дугой окружности, радиус которой по существу определен соотношениями:The cyclone element of the multicyclone in execution 2, characterized in that the profile of the inner wall of the tapering part is made by an arc of a circle, the radius of which is essentially determined by the relations:

Figure 00000006
Figure 00000006

при:at:

Figure 00000007
Figure 00000007

Исполнение 3 обеспечивает технологическую возможность бездефектного изготовления цельноштампованного корпуса циклонного элемента в обжимном штампе из одной трубной заготовки. См. Ковка и штамповка: Справочник: В 4 т.Т. 4. Листовая штамповка / Под ред. А.Д. Матвеева; Ред. совет: Е.И. Семенов (пред) и др. - М.: Машиностроение, 1985-1987. - 544 с. Исполнение снижает массу материалоемкость и трудоемкость циклонного элемента.Execution 3 provides the technological possibility of defect-free manufacturing of a one-piece forged body of a cyclone element in a swaging die from a single tubular billet. See Forging and stamping: Handbook: In 4 vols. 4. Sheet stamping / Ed. HELL. Matveeva; Ed. advice: E.I. Semenov (prev) and others - M .: Mashinostroenie, 1985-1987. - 544 p. Execution reduces the mass of materials and labor intensity of the cyclone element.

4-е исполнение.4th execution.

Циклонный элемент мультициклона в одном из исполнений 1, 2, 3, отличающийся тем, что сужающаяся часть корпуса выполнена с кольцевой ступенью вокруг центрального отводного отверстия.Cyclone element of the multicyclone in one of the versions 1, 2, 3, characterized in that the tapering part of the housing is made with an annular step around the central outlet.

Кольцевая ступень увеличивает площадь сечения потока газа, что приводит к местному падению скорости пристеночного слоя и радиальной составляющей силы сопротивления потока. Падение скорости уже насыщенного пылью и жидкостью пристеночного слоя исключает проскок частиц в восходящий поток очищенного газа. Осевая составляющая силы сопротивления нисходящего потока, центробежные силы, силы инерции и гравитации прижимают теряющие скорость частицы к поверхности ступени и отводят в центральное отверстие. Исполнение повышает эффективность очистки газа.The annular stage increases the cross-sectional area of the gas flow, which leads to a local drop in the velocity of the near-wall layer and the radial component of the flow resistance force. The drop in velocity of the near-wall layer already saturated with dust and liquid prevents particles from slipping into the ascending flow of purified gas. The axial component of the downward flow resistance force, centrifugal forces, inertial and gravitational forces press the particles losing speed to the surface of the stage and divert them into the central hole. The design increases the efficiency of gas cleaning.

5-е исполнение.5th execution.

Циклонный элемент мультициклона в одном из исполнений 1, 2, 3, 4 отличающийся тем, что полу-улитки направляющего аппарата выполнены в виде изогнутых цилиндрических оболочек, закрепленных между двумя овальными фланцами, цилиндрические оболочки и фланцы выполнены из листового материала и соединены сварными швами.Cyclone element of the multicyclone in one of the versions 1, 2, 3, 4, characterized in that the semi-volutes of the guide vane are made in the form of curved cylindrical shells fixed between two oval flanges, the cylindrical shells and flanges are made of sheet material and connected by welds.

Исполнение 5 обеспечивает сокращения массы, материалоемкости и трудоемкости циклонных элементов за счет формообразования деталей из листового материала, применения программируемой лазерной резки и гибочного оборудования.Version 5 reduces the weight, material consumption and labor intensity of cyclone elements due to the shaping of parts from sheet material, the use of programmable laser cutting and bending equipment.

На фиг. 1 представлен общий вид предпочтительной конструкции циклонного элемента, на фиг. 2 - геометрические параметры соотношения (1), на фиг. 3 - выносной элемент А на фиг. 1 с указанием сил, действующих на отделяемую частицу пыли, и ее скорости.In FIG. 1 is a general view of a preferred design of the cyclone element, FIG. 2 - geometrical parameters of relation (1), in Fig. 3 - remote element A in Fig. 1 indicating the forces acting on the separated dust particle and its speed.

Соотношение (1) получено из анализа движения частицы пыли в сужающейся части циклонного элемента.Relation (1) was obtained from the analysis of the motion of a dust particle in the converging part of the cyclone element.

На частицу пыли действует сила гравитации, сила сопротивления закрученного потока газа, несущая частицу по нисходящей траектории в виде сужающейся спирали, и центробежная силаA dust particle is affected by the gravitational force, the resistance force of the swirling gas flow, which carries the particle along a downward trajectory in the form of a narrowing spiral, and the centrifugal force

Радиальная составляющая силы сопротивления потока газа определяется по формуле Стокса:The radial component of the gas flow resistance force is determined by the Stokes formula:

Figure 00000008
Figure 00000008

где: FS - сила сопротивления потока газа, Н; иR - радиальная скорость потока газа в сужающейся части циклонного элемента, м/сек.where: F S - gas flow resistance force, N; and R is the radial velocity of the gas flow in the converging part of the cyclone element, m/sec.

Центробежная сила:Centrifugal force:

Figure 00000009
Figure 00000009

где: Fc - центробежная сила, Н.where: F c - centrifugal force, N.

Радиальная скорость потока газа определяется из условия равенства расходов газа на входе в цилиндрическую часть корпуса циклонного элемента и в цилиндрическом сечении сужающейся части диаметром De и длиной Le:The radial gas flow rate is determined from the condition of equality of gas flow rates at the inlet to the cylindrical part of the cyclone element body and in the cylindrical section of the tapering part with a diameter D e and length L e :

Figure 00000010
Figure 00000010

где: Qc - расход газа на входе в цилиндрическую часть корпуса, м3/сек. QS - расход газа в цилиндрическом сечении диаметром De и длиной Le, м3/сек.where: Q c - gas flow rate at the inlet to the cylindrical part of the body, m 3 / sec. Q S - gas flow rate in a cylindrical section with a diameter D e and length L e , m 3 /sec.

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Из (7)-(9) следует:From (7)-(9) follows:

Figure 00000013
Figure 00000013

Для предотвращения попадания частицы пыли в восходящий поток газа, на окружности входа в сужающийся поток диаметром De, центробежная сила должна быть больше силы сопротивления потока газа:To prevent dust particles from entering the ascending gas flow, on the circumference of the entrance to the narrowing flow with a diameter D e , the centrifugal force must be greater than the resistance force of the gas flow:

Figure 00000014
Figure 00000014

Из (5), (6), (10), (11) установлена связь геометрических параметров циклонного элемента и параметров очищаемого газа:From (5), (6), (10), (11) the relationship between the geometric parameters of the cyclone element and the parameters of the gas being purified is established:

Figure 00000015
Figure 00000015

После представления линейных размеров левой части (12) в долях внутреннего диаметра цилиндрической части корпуса (делением числителя и знаменателя левой части на D), связь геометрических параметров циклонного элемента и параметров очищаемого газа получена в обобщающем безразмерном виде:After representing the linear dimensions of the left side (12) in fractions of the inner diameter of the cylindrical part of the body (by dividing the numerator and denominator of the left side by D), the relationship between the geometric parameters of the cyclone element and the parameters of the gas being purified was obtained in a generalized dimensionless form:

Figure 00000016
Figure 00000016

Из (13) следует соотношение (1) для длины сужающейся части.From (13) relation (1) follows for the length of the tapered part.

Предпочтительная конструкция циклонного элемента мультициклона включает признаки всех описанных исполнений. Циклонный элемент мультициклона включает цельноштампованный корпус 1 с цилиндрической 2 и сужающейся 3 частями, направляющий аппарат 4 и выхлопную трубу 5. Корпус 1, направляющий аппарат 4 и выхлопная труба 5 соединены сварными швами. Полу-улитки направляющего аппарата выполнены в виде изогнутых цилиндрических оболочек 6, закрепленных между двумя овальными фланцами 7. Цилиндрические оболочки и фланцы выполнены из листового материала и соединены сварными швами. Входы 8 полу-улиток направляющего аппарата параллельны оси выхлопной трубы и направлены в противоположные стороны. Направляющий аппарат 4 охватывает выхлопную трубу 5 и закреплен на цилиндрической части корпуса 1.The preferred design of the cyclone element of the multicyclone includes the features of all the described designs. The cyclone element of the multicyclone includes a one-piece forged body 1 with a cylindrical part 2 and a tapering part 3, a guide vane 4 and an exhaust pipe 5. The body 1, the guide vane 4 and the exhaust pipe 5 are connected by welds. The semi-volutes of the guide apparatus are made in the form of curved cylindrical shells 6 fixed between two oval flanges 7. Cylindrical shells and flanges are made of sheet material and connected by welds. The entrances of 8 semi-snails of the guide vanes are parallel to the axis of the exhaust pipe and directed in opposite directions. The guide apparatus 4 covers the exhaust pipe 5 and is fixed on the cylindrical part of the housing 1.

Длина сужающейся части 2 корпуса, по меньшей мере, вдвое меньше длины его цилиндрической части 1. Сужающаяся часть корпуса выполнена в виде оболочки вращения с центральным отводным отверстием и дугообразным профилем стенок. Профиль стенок сужающейся части сопрягается с профилем стенок цилиндрической части.The length of the tapering part 2 of the body is at least half the length of its cylindrical part 1. The tapering part of the body is made in the form of a shell of revolution with a central outlet and an arcuate profile of the walls. The profile of the walls of the tapered part is matched with the profile of the walls of the cylindrical part.

Длина сужающейся части циклонного элемента определена соотношением (1). Профиль внутренней стенки сужающейся части выполнен дугой окружности, радиус которой определен соотношениями (2), (3), (4).The length of the tapering part of the cyclone element is determined by relation (1). The profile of the inner wall of the tapering part is made by an arc of a circle, the radius of which is determined by relations (2), (3), (4).

Цельноштампованный корпус 5 выполнен из одной трубной заготовки в обжимном штампе. Корпус 5 выполнен из стандартной трубы с внутренним диаметром!), а выхлопная труба из стандартной трубы с наружным диаметром De. Длина Le сужающейся части исключает влияние дискретности размеров стандартных труб на эффективность очистки газа.The one-piece forged body 5 is made from one tubular billet in a swaging die. The body 5 is made of a standard pipe with an inner diameter!), and the exhaust pipe is made of a standard pipe with an outer diameter D e . The length L e of the tapered part excludes the effect of discrete sizes of standard pipes on the efficiency of gas purification.

Сужающаяся часть циклонного элемента выполнена с кольцевой ступенью 9 вокруг центрального отводного отверстия.The tapering part of the cyclone element is made with an annular step 9 around the central outlet.

Циклонный элемент мультициклона работает следующим образом.The cyclone element of the multicyclone operates as follows.

Очищаемый газ поступает через входы 8 двух полу-улиток направляющего аппарата 4 и двумя закрученными потоками направляется в цилиндрическую часть 2 корпуса 1.The gas to be purified enters through the inlets 8 of two semi-volutes of the guide vane 4 and is directed into the cylindrical part 2 of the housing 1 by two swirling flows.

В удлиненной цилиндрической части корпуса слои осажденной жидкости сползают в сужающуюся часть вне зоны пониженного давления. Сила сопротивления закрученного потока газа несет частицу пыли по нисходящей траектории в виде цилиндрической спирали. Центробежная сила, направляет частицы пыли и жидкости к стенке циклона. Частицы пыли и жидкости концентрируются в пристеночном слое потока газа. Силы касательных ударов о цилиндрическую стенку недостаточно для проскока частиц в восходящий поток газа.In the elongated cylindrical part of the housing, the layers of the deposited liquid slide into the tapered part outside the low pressure zone. The resistance force of the swirling gas flow carries the dust particle along a downward trajectory in the form of a cylindrical spiral. Centrifugal force directs dust and liquid particles to the cyclone wall. Dust and liquid particles are concentrated in the near-wall layer of the gas flow. The force of tangential impacts against the cylindrical wall is not enough for particles to slip into the ascending gas flow.

В короткой сужающейся части 3 корпуса 1 направление газового потока меняется - поток становится восходящим. Кольцевая ступень 9 увеличивает площадь сечения потока газа, что приводит к местному падению скорости пристеночного слоя и радиальной составляющей силы сопротивления потока. Падение скорости уже насыщенного пылью и жидкостью пристеночного слоя исключает проскок частиц в восходящий поток очищенного газа. Осевая составляющая силы сопротивления нисходящего потока, центробежные силы, силы инерции и гравитации прижимают теряющие скорость частицы к поверхности ступени и отводят в центральное отверстие.In the short tapering part 3 of the body 1, the direction of the gas flow changes - the flow becomes ascending. The annular stage 9 increases the cross-sectional area of the gas flow, which leads to a local drop in the velocity of the near-wall layer and the radial component of the flow resistance force. The drop in velocity of the near-wall layer already saturated with dust and liquid prevents particles from slipping into the ascending flow of purified gas. The axial component of the downward flow resistance force, centrifugal forces, inertial and gravitational forces press the particles losing speed to the surface of the stage and divert them into the central hole.

Изобретение позволяет производить циклонные элементы из стандартных труб и листового материала с применением высокопроизводительных технологических процессов штамповки, программируемой лазерной резки и гибочного оборудования.EFFECT: invention makes it possible to produce cyclone elements from standard pipes and sheet material using high-performance stamping processes, programmable laser cutting and bending equipment.

От аналогов изделие отличается меньшей массой, меньшей материалоемкостью, меньшей трудоемкостью производства и лучшей эффективностью очистки газ.The product differs from analogues in its lower weight, lower material consumption, lower labor intensity of production and better efficiency of gas purification.

Производство предлагаемого циклонного элемента реализовано в условиях металлообрабатывающего завода.The production of the proposed cyclone element is implemented in a metalworking plant.

Промышленная применимость изобретения подтверждена испытаниями опытного образца мультициклона с комплектом предлагаемых циклонных элементов.The industrial applicability of the invention is confirmed by testing a prototype multicyclone with a set of proposed cyclone elements.

Claims (12)

1. Циклонный элемент мультициклона включает корпус с цилиндрической и сужающейся частями, направляющий аппарат и выхлопную трубу, длина сужающейся части корпуса, по меньшей мере, вдвое меньше длины цилиндрической части, сужающаяся часть корпуса выполнена в виде оболочки вращения с дугообразным профилем стенок и центральным отводным отверстием, профиль стенок сужающейся части сопрягается с профилем стенок цилиндрической части, направляющий аппарат выполнен в виде двух полуулиток, входы которых расположены параллельно оси выхлопной трубы и направлены в противоположные стороны, направляющий аппарат охватывает выхлопную трубу и закреплен на цилиндрической части корпуса, отличающийся тем, что длина сужающейся части корпуса связана с параметрами очищаемого потока газа, внутренним диаметром цилиндрической части корпуса и наружным диаметром выхлопной трубы соотношением1. The cyclone element of the multicyclone includes a body with cylindrical and tapering parts, a guide vane and an exhaust pipe, the length of the tapering part of the body is at least half the length of the cylindrical part, the tapering part of the body is made in the form of a shell of revolution with an arcuate wall profile and a central outlet , the profile of the walls of the tapering part mates with the profile of the walls of the cylindrical part, the guide vane is made in the form of two semi-volutes, the inlets of which are parallel to the axis of the exhaust pipe and directed in opposite directions, the guide vane covers the exhaust pipe and is fixed on the cylindrical part of the housing, characterized in that the length of the tapering part of the housing is related to the parameters of the gas flow being cleaned, the inner diameter of the cylindrical part of the housing and the outer diameter of the exhaust pipe by the ratio
Figure 00000017
Figure 00000017
где «*» - индекс линейных размеров, выраженных в долях внутреннего диаметра цилиндрической части корпуса,
Figure 00000018
- длина сужающейся части корпуса;
Figure 00000019
- наружный диаметр выхлопной трубы; d и d * - диаметр частицы пыли в мм и долях внутреннего диаметра цилиндрической части корпуса; μ - динамическая вязкость газа, Па⋅с; ρ - плотность частицы пыли, кг/м3; u t - тангенциальная скорость частицы пыли, принятая равной скорости потока газа на входе в цилиндрическую часть корпуса, м/с.
where "*" is the index of linear dimensions, expressed in fractions of the inner diameter of the cylindrical part of the body,
Figure 00000018
- the length of the tapering part of the body;
Figure 00000019
- outer diameter of the exhaust pipe; d and d * - dust particle diameter in mm and fractions of the inner diameter of the cylindrical part of the housing; μ - dynamic viscosity of gas, Pa⋅s; ρ is the density of dust particles, kg/m 3 ; u t is the tangential velocity of a dust particle, taken equal to the gas flow velocity at the inlet to the cylindrical part of the housing, m/s.
2. Циклонный элемент мультициклона по п. 1, отличающийся тем, что профиль внутренней стенки сужающейся части корпуса выполнен дугой окружности, радиус которой определен соотношением2. The cyclone element of the multicyclone according to claim 1, characterized in that the profile of the inner wall of the tapering part of the body is made by an arc of a circle, the radius of which is determined by the ratio
Figure 00000020
Figure 00000020
где
Figure 00000021
- радиус дуги окружности профиля; α - угол начала скатывания отделенных частиц жидкости под собственной тяжестью.
where
Figure 00000021
- radius of the profile circle arc; α - the angle of the beginning of the rolling of the separated fluid particles under its own weight.
3. Циклонный элемент мультициклона по п. 2, отличающийся тем, что корпус мультициклона выполнен цельноштампованным, причем профиль внутренней стенки сужающейся части корпуса выполнен дугой окружности, радиус которой по существу определен соотношением3. The cyclone element of the multicyclone according to claim 2, characterized in that the body of the multicyclone is made integrally stamped, and the profile of the inner wall of the tapering part of the body is made by an arc of a circle, the radius of which is essentially determined by the ratio
Figure 00000022
Figure 00000022
приat
Figure 00000023
Figure 00000023
4. Циклонный элемент мультициклона по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что сужающаяся часть корпуса выполнена с кольцевой ступенью вокруг центрального отверстия.4. The cyclone element of the multicyclone according to one of paragraphs. 1-3, characterized in that the tapering part of the body is made with an annular step around the central hole. 5. Циклонный элемент мультициклона по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что полуулитки направляющего аппарата выполнены в виде изогнутых цилиндрических оболочек, закрепленных между двумя овальными фланцами, цилиндрические оболочки и фланцы выполнены из листового материала и соединены сварными швами.5. The cyclone element of the multicyclone according to one of paragraphs. 1-4, characterized in that the half-volutes of the guide vane are made in the form of curved cylindrical shells fixed between two oval flanges, the cylindrical shells and flanges are made of sheet material and are connected by welds.
RU2022108004A 2022-03-25 Cyclone element of multicyclone RU2781925C2 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2022108004A RU2022108004A (en) 2022-06-21
RU2781925C2 true RU2781925C2 (en) 2022-10-21

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1207034A (en) * 1968-11-26 1970-09-30 Polysius Gmbh Installation for cleaning dust-laden exhaust gases
RU2099149C1 (en) * 1993-11-05 1997-12-20 Александр Сергеевич Цветко Cyclone member
RU2261643C1 (en) * 2004-02-11 2005-10-10 Самсунг Гвангджу Электроникс Ко., Лтд. Cyclone-type dust collector
RU2545544C2 (en) * 2007-03-26 2015-04-10 Твистер Б.В. Cyclone separator for fluid media
RU2664985C1 (en) * 2017-10-26 2018-08-24 Общество С Ограниченной Ответственностью Научно- Производственное Предприятие "Циклоностроение Экомир" Method and device for purification of air-dust flow

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1207034A (en) * 1968-11-26 1970-09-30 Polysius Gmbh Installation for cleaning dust-laden exhaust gases
RU2099149C1 (en) * 1993-11-05 1997-12-20 Александр Сергеевич Цветко Cyclone member
RU2261643C1 (en) * 2004-02-11 2005-10-10 Самсунг Гвангджу Электроникс Ко., Лтд. Cyclone-type dust collector
RU2545544C2 (en) * 2007-03-26 2015-04-10 Твистер Б.В. Cyclone separator for fluid media
RU2664985C1 (en) * 2017-10-26 2018-08-24 Общество С Ограниченной Ответственностью Научно- Производственное Предприятие "Циклоностроение Экомир" Method and device for purification of air-dust flow

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AMCS Series Multi-Cyclone Separator/ Section: A100/ Bulletin: A100.45/ Date: 3/1/98/Supersedes: 3/79/ Найдено в Интернет http://www.serkon.com.tr/urunler/andersonseperator/A100.45.pdf. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7288139B1 (en) Three-phase cyclonic fluid separator with a debris trap
US20060157406A1 (en) Rotary separator and method
US20110226129A1 (en) Cyclone separator and separation method
GB2319738A (en) Apparatus for separating particles from a fluid flow
Bashir Design and fabrication of cyclone separator
US20060107837A1 (en) Three-phase cyclonic fluid separator
RU2781925C2 (en) Cyclone element of multicyclone
RU213107U1 (en) CYCLONE ELEMENT OF MULTICYCLONE
US8950590B2 (en) Cyclonic flow separator
Brouwers Phase separation in centrifugal fields with emphasis on the rotational particle separator
CN110732188B (en) In-pipe phase separation and split-flow type high-flow-rate gas-liquid separation device and method
RU2367523C1 (en) Cyclone
JP7002566B2 (en) Separator and refrigeration cycle equipment
US20200070079A1 (en) Filtration System
Parvaz et al. Influence of gas exhaust geometry on flow pattern, performance, and erosion rate of a gas cyclone
JP2022554328A (en) Two-phase separator device incorporating inertial separation and porous media extraction
JPH05312438A (en) Centrifugal oil separator
Zhang et al. Numerical study on the flow field and separation efficiency of a rotary drum separator
EP1531942B1 (en) A device for a cyclone scrubber
CN208154551U (en) A kind of kitchen ventilator with various temperature field oil smoke subassembly
JP2004081957A (en) Cyclone
CN107398361B (en) Axial cyclone, method and system suitable for gas-solid two-phase separation
CN110743253A (en) Pipeline type high-flow-rate gas-liquid separation device and method
RU221354U1 (en) HYDROCYCLONE
Rashid et al. Comparison of the performance of MR-deDuster with other conventional cyclones