SU1165436A2 - Вихревой сепаратор - Google Patents

Abstract

1. ВИХРЕВОЙ СЕПАРАТОР по авт. св. № 457479, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности сепарации , ротор снабжен направл ющими пластинами , размеш, на его внутренней поверхности в виде многозаходной спирали, а лопасти ротора выполнены в виде Г-образных пластин и установлены по всей длине ротора по винтовым лини м. 2. Сепаратор по п. 1, отличающийс  тем, что направл ющие пластины установлены под углом 10-25° к образующей ротора .

Description

Изобретение относитс  к сепараторам дл  очистки газов от Взвешенных в нем твердых частиц и капель жидкости и может быть применено в газовой, нефтеперерабатывающей , химической, пищевой, машиностроительной и других отрасл х промышленности дл  очистки газов с одновременным разделением на потоки с разной-температурой .

По основному авт. св. № 457479 известен вихревой сепаратор дл  очистки и разделени  газов, содержаш.ий корпус, входные тангенциальные сопла, камеру отвода хладагента с конусообразным обтекателем и конусным отбойником, конусный ротор с завихрителем газового потока и лопаст ми 1.

Недостатками известного вихревого сепаратора  вл ютс  невысокое качество очистки газа, св занное с выносом частиц под действием сил Магнуса, действующих на вращающиес  обтекаемые частицы, а также мала  дол  охлажденных газов, св занна  с отрывом потока хладагента под действием центробежных сил.

Цель изобретени  - повышение эффективности сепарации.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в вихревом сепараторе, содержащем корпус , входные тангенциальные сопла, камеру отвода хладагента с конусообразным обтекателем и конусным отбойником, ротор, установленный внутри корпуса, содержащий в верхней части завихритель, а на наружной поверхности лопасти, при этом нижн   часть ротора выполнена с отбортовкой, над которой укреплен перфорированный отбойник, ротор снабжен направл ющими пластинами, размещенными на его внутренней поверхности в виде многозаходной спирали, а лопасти ротора выполнены в виде Г-образных пластин и установлены по всей длине ротора по винтовым лини м. При этом направл ющие пластины могут быть установлены под углом 10-25° к образующей ротора.

На фиг. 1 изображен предлагаемый сепаратор , продольный разрез; на фиг. 2 - ротор, общий вид.

Вихревой сепаратор содержит корпус 1, ротор 2, нижний опорный подшипник 3, верхний опорный подшипник 4, патрубок 5 ввода газа, винтовой канал 6, кольцевой кожух 7, патрубок 8 ввода хладагента, коллектор 9, тангенциальные сопла 10, патрубок 11 вывода холодного газа, патрубок 12 вывода конденсата, патрубок 13 вывода хладагента, патрубок 14 вывода гор чего газа, конусный обтекатель 15, кольцевую перегородку 16, конусный отбойник 17, кольцевые гусли 18, коническое днище 19, Г-образные пластины 20 и направл ющие пластины 21.

Сепаратор работает следующим образом .

По патрубку 5 ввода загр зненный газ вводитс  в кольцевой кожух 7, проходит 5 по его винтовому каналу 6, закручиваетс  и тангенциально вводитс  в ротор 2 сепаратора . Силами трени  в зоне контактировани  газа с ротором и содержащихс  в газе капель жидкости и твердых частиц

Q ротор приводитс  во вращательное движение . Одновременно по патрубку 8 ввода тангенциально в сторону закрутки газового потока в коллектор 9 вводитс  жидкий хладагент, который через тангенциальные сопла 10 вводитс  во внугреннюю полость

5 корпуса 1. Струи хладагента, контактиру  с Г-образными пластинами 20, также раскручивают ротор в сторону вращени  газового потока. Таким образом, под действием закрученного газового потока и струй

0 хладагента ротор 2 приобретает угловую скорость вращени . Из закрученного газового потока взвешенные твердые частицы и капли жидкости под действием центробежных сил отбрасываютс  на стенку ротора. Под действием собственного веса

5 и однонаправленных аэродинамических сил потока газа твердые частицы из жидкости скольз т вдоль направл ющих пластин 21, вывод тс  на нижние кра  ротора и под действием тех же сил сбрасываютс 

Q на кольцевую перегородку 16, по которой скольз т вниз и поступают в коническое днище 19 через кольцевые щели 18, собир .аютс  в его вершине и периодически вывод тс  из сепаратора по патрубку 12 вывода конденсата. Одновременно в вихревом газовом потоке во внутренней полости ротора 2 происходит температурное разделение газа на гор чий поток, который формируетс  на стенке ротора 2 и холодный поток, который формируетс  по его оси. В зоне понижени  температур и в холод0 ном потоке газов происходит конденсаци  паров и выпадение их в виде капель, которые сепарируютс  на стенке ротора. Стенки ротора, охлаждаемые снаружи хладагентом , снимают тепло из гор чего потока

5 газа и конденсируют на себ  содержащиес  в нем пары. Очищенный холодный поток газа проходит через кольцевой кожух 7 и выводитс  по патрубку 11 вывода, а гор чий поток газа огибает осевой конусный обтекатель 15, отбива  на нем возмож0 ный унос капель или твердых частиц, измен ет направление движени  на 180°, оп ть отбива  оставшиес  частицы на конусный отбойник 17, проходит между обтекателем 15 и конусным отбойником 17,

5 вновь измен ет направление движени  на 180°, огибает конусный отбойник и выводитс  из-под него по патрубку 14 по технологическому назначению. Жидкий хладагент двигаетс  по внешней поверхности ротора 2 вниз между Г-образными пластинами 20, снима  тепло, поступает на профилированный отбойник, сбрасываетс  за кольцевую перегородку 16 и выводитс  из сепаратора. по патрубку 13 вывода. При эксплуатации известного вихревого сепаратора обнаружено, что с холодным газом через патрубок 11 уноситс  некоторое количество самых крупных кристаллов. Вихревой сепаратор был установлен в технологической линии по производству кристаллического иодата кали  между кристаллизатором с сушилкой и компрессором. Кристаллы попадали в компрессор и нарушали его нормальную работу. Изменение числа оборотов ротора и регулирование расхода хладагента не дали положительных результатов, поэтому в технологической линии был установлен фильтр между вихревым сепаратором и компрессором. Причиной выноса крупных частиц из вихревого сепаратора с потоком очишенного и охлажденного газа  вл етс  Действие силы Магнуса. При вводе загр зненного потока из винтового канала 6 в ротор частицы, размером dr, наход шиес  в потоке, отбрасываютс  на стенку ротора. При контакте со стенкой, скорость которой Уст ниже, чем скорость частицы V , последние закручиваютс  с угловой скоростью (j равной i: ; Vr-VcT/dr. При движении вращаюшихс  частиц вдоль стенки ротора в случае их движени  со скоростью, меньшей скорости потока газа (а это имеет место всегда, так как .частица третс  о стенку и тормозитс  сильнее потока), на частицу действует сила Магнуса. Величина силы Магнуса пропорциональна массе частицы или кубу ее диаметра , угловой скорости и относительной скорости обтекани . Отсюда следует, что на крупные частицы действует максимальна  сила Магнуса. Под вли нием силы Магнуса , котора  действует в радиальном направлении к центру вихревого сепаратора, частицы отрываютс  от стенки и двигаютс  поперек полости ротора. На движущуюс  частицу действуют тормоз щие аэродина-, мические силы, пропорциональные квадрату диаметра частицы. В зависимости -от соотношени  величин отрывной силы Магнуса и тормоз щей аэродинамической определ етс  величина отскока частицы от стен-/ ки. Чем крупнее частица, тем ближе к центру вихревого сепаратора она перемещаетс . По этой причине такие частицы чаще попадают в осевой поток холодного газа и вынос тс  через патрубок 11. Часть частиц, соверша  хаотическое движение поперек объема ротора, попадает в кольцевое пространство между ротором 2 и корпусом 1 и выноситс  хладагентом. Дл  устранени  действи  силы Магнуса необходимо исключить либо вращение частиц, либо относительную скорость потока и частиц, либо движение частиц по окружности ротора. В предлагаемом сепараторе на внутренней поверхности ротора устанавливаютс  направл ющие пластины в виде многозаходной спирали под углом 10-25° к образующей ротора. Следствием этого  вл етс  увеличение оборотов ротора, поскольку пластины работают как лопатки турбинного колеса, что приводит к снижению относительной скорости частицы и газа. Наличие лопаток преп тствует окружному движению частиц по стенкам ротора. В результате действие силы Магнуса исключаетс  и повышаетс  качество очистки газов. Хладагент, поступающий на внешнюю поверхность ротора через сопла 10, под действием центробежных сил частично отбрасываетс  с его поверхности. Часть .хладагента , котора  вследствие прилипани  остаетс , движетс  вниз с очень малой скоростью , юскольку тормозитс  теми же центробежными силами. В результате происходит неполное охлаждение очищаемого газа, часть паров не конденсируетс  и не уда.т етс , а также снижаетс  количество холодного газа, удал емого через патрубок 11. Дл  устранени  этого лопатки ротора выполнены по всей длине ротора в виде Г-образных пластин и установлены по винтовым лини м. Г-образна  форма лопаток обеспечивает образование вихрей в объеме хладагента на поверхности ротора. Размещение лопаток по винтовым лини м обеспечивает принудительное смещение потока хладагента по,поверхности ротора вниз со скоростью, пропорциональной числу оборотов ротора. Оба эти фактора способствуют интенсификации теплообмена между газом и хладагентом , разделенных стенкой ротора. При одинаковом соотношении объемов охлаждаемого воздуха и хладагента (воды) выход холодного воздуха превышаетс  на 15%. Экспериментальные данные по очистке воздуха, выход щего из сушилки кип щего сло , полученные на известном вихревом сепараторе - приведены в табл. 1; результаты измерений на предлагаемом вихревом сепараторе - в табл. 2.

Таблица 1

Экспериментальна  проверка показала, что имеетс  оптимальный угол между направлением касательной к спиральной линии и образующей ротора. При углах наклона до 10° твердый продукт, отделенный от потока воздуха, собираетс  у направл ющих пластин в значительные по объему комки, которые, далее обрушиваютс  вниз, создава  вибрацию ротора и унос отдельных кристаллов. При углах более 10° испытываемый материал начинает скользить вдоль направл ющих пластин. Вибрации ртора и вынос отдельных кристаллов прекращаютс . При углах более 25° окружна  скорость твердых частиц возрастает настолько , что начинаетс  эрози  стенок аппарата . Поскольку любое трение сопровождаетс  выделением тепла, то одновременно ухудшаетс  и теплопередача от хладагента к воздуху.

Таблица 2

Наличие выноса отдельных кристаллов через патрубок охлажденного воздуха при использовании известного сепаратора требует установлени  дополнительно в технологической цепи фильтр 1, что влечет 5 дополнительные гидравлические или энергетические затраты на прокачку воздуха сквозь него. Недостаточное охлаждение воздуха в вихревом сепараторе требует дополнительной мощности на прокачку охлаждающей воды через компрессор.

0

Использование предлагаемого сепаратора позвол ет полностью устранить вынос крупных частиц и увеличить выход холодного воздуха на 15/о.

При использовании изобретени  в технологических лини х обеспечиваетс  также

5 снижение мощности компрессора на прокачку воздуха через дополнительные очистные установки на 20-40%.

I Ч

rV

/ /

Claims (2)

1. ВИХРЕВОЙ СЕПАРАТОР по авт. св. № 457479, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности сепарации, ротор снабжен направляющими пластинами, размещенными на его внутренней поверхности в виде многозаходной спирали, а лопасти ротора выполнены в виде Г-образных пластин и установлены по всей длине ротора по винтовым линиям.

2. Сепаратор по π. 1, отличающийся тем, что направляющие пластины установлены под углом 10—25° к образующей ротора.

SU „„1165436