RU175550U1 - CYCLONE - Google Patents

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для очистки вентиляционных воздушных выбросов и дымовых газов от тонкодисперсной жидкой и твердой фракций и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, энергетической, строительной и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах газоочистки.Техническим результатам предлагаемой конструкции циклона является увеличение производительности.Технический результат достигается тем, что в циклоне содержится периферийный ввод запыленного газового потока в цилиндрическую часть корпуса, осевой выходной патрубок, коническая часть корпуса, бункер и пружины, на которых корпус циклона вывешен с помощью балки, при этом осевой выходной патрубок дополнительно снабжен герметично соединенной с ним трубой с диаметром, равным диаметру выходного патрубка и длиной, определяемой из выражения:где- длина дополнительной трубы, м;m - масса циклона с дополнительной трубой в рабочем режиме, кг;- упругость пружины, Н/м;- длина осевого выходного патрубка, м.The proposed utility model relates to devices for cleaning ventilating air emissions and flue gases from finely divided liquid and solid fractions and can be used in chemical, petrochemical, metallurgical, engineering, energy, construction and other industries, as well as in environmental gas cleaning processes. The proposed design of the cyclone is an increase in productivity. The technical result is achieved by the fact that the cyclone contains peripheral the first input of a dusty gas stream into the cylindrical part of the body, the axial outlet pipe, the conical part of the body, a hopper and springs on which the cyclone body is hung using a beam, while the axial output pipe is additionally equipped with a pipe hermetically connected to it with a diameter equal to the diameter of the output pipe and the length determined from the expression: where is the length of the additional pipe, m; m is the mass of the cyclone with the additional pipe in operating mode, kg; is the spring elasticity, N / m; is the length of the axial outlet pipe, m.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для очистки вентиляционных воздушных выбросов и дымовых газов от тонкодисперсной жидкой и твердой фракций и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, энергетической, строительной и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах газоочистки.The proposed utility model relates to devices for cleaning ventilation air emissions and flue gases from finely divided liquid and solid fractions and can be used in chemical, petrochemical, metallurgical, engineering, energy, construction and other industries, as well as in environmental gas cleaning processes.

Известна конструкция циклона, состоящего из вертикального цилиндрического корпуса с коническим днищем и крышкой, входного патрубка, установленного тангенциально в верхней части корпуса, выхлопной трубы, установленной осесимметрично с цилиндрическим корпусом на крышке, и патрубка для отвода уловленной пыли в нижней части конического днища. (Касаткин А.Г. «Основные процессы и аппараты химической технологии». Изд-е 8, перер., М.: Химия, 1971, 241 с.)A known design of a cyclone consisting of a vertical cylindrical body with a conical bottom and a cover, an inlet pipe mounted tangentially in the upper part of the body, an exhaust pipe mounted axisymmetrically with a cylindrical body on the cover, and a pipe for removing trapped dust in the lower part of the conical bottom. (Kasatkin A.G. “Basic processes and apparatuses of chemical technology.” Publishing house 8, re., Moscow: Chemistry, 1971, 241 p.)

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность, связанная с необходимостью частой остановки работы циклона или батареи циклонов для удаления уловленных частиц и капель из очищаемого газа, накапливающихся на стенках цилиндрического корпуса и конического днища, и сложность их удаления с поверхности стенок, требующая значительных трудозатрат и энергии, особенно при образовании уловленными частицами и каплями липкой высококонцентрированной структурированной неньютоновской среды.The reasons that impede the achievement of the desired technical result include insufficient productivity associated with the need to frequently stop the operation of the cyclone or cyclone battery to remove trapped particles and droplets from the gas being cleaned that accumulate on the walls of the cylindrical body and conical bottom, and the difficulty of removing them from the surface of the walls, requiring considerable labor and energy, especially when trapped particles and drops of sticky highly concentrated structured are formed onovskoy environment.

Известен прямоточный циклон для очистки запыленного газа или воздуха, содержащий корпус, состоящий из входного патрубка, улитки, выполненной по архимедовой спирали, перехода, верхней выходной трубы, телескопической вставки с верхним внутренним конусом, входным коллектором, тросом, пружиной, опорным диском, нижней циркуляционной выходной трубы-отвода с коллектором, внутренним конусом, обтекателя с пружиной, диском, стойкой, бункера с затвором, коллектора чистого газа, при этом в верхней выходной трубе на тросе установлена телескопическая вставка с внутренним конусом и входным коллектором, на нижней выходной трубе - отводе с внутренним конусом и входным коллектором на стойке установлен обтекатель, а телескопическая вставка и обтекатель установлены на пружинах для вибрационного удаления отложений пыли с его узлов и деталей [Патент РФ №2552440, В04С 3/06, 2015 г.].A direct-flow cyclone for cleaning dusty gas or air is known, comprising a housing consisting of an inlet pipe, a snail made in an archimedean spiral, a transition, an upper outlet pipe, a telescopic insert with an upper inner cone, an inlet collector, a cable, a spring, a support disk, and a lower circulation outlet pipe with a collector, an inner cone, a fairing with a spring, a disk, a rack, a hopper with a shutter, a clean gas collector, while a telescopic cable is installed in the upper outlet pipe an insert with an inner cone and an inlet manifold, a cowl is mounted on the stand on the lower outlet pipe with an inner cone and an inlet collector, and a telescopic insert and cowl are mounted on springs for vibrational removal of dust deposits from its assemblies and parts [RF Patent No. 2552440, В04С 3/06, 2015].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится отсутствие вибрации на стенках корпуса, где накапливается пыль. Особенно трудно удалять эту пыль, если одновременно улавливаются капли жидкости. В этом случае на стенках прямоточного циклона образуется липкая высококонцентрированная структурированная неньютоновская суспензия, для удаления которой необходимо затратить время и в целом снижает производительность.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the lack of vibration on the walls of the housing where dust accumulates. It is especially difficult to remove this dust if drops of liquid are simultaneously captured. In this case, a sticky, highly concentrated, structured non-Newtonian suspension forms on the walls of the once-through cyclone, which requires time to be removed and generally reduces productivity.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемым объекту и принятому за прототип является устройство инерционного пылеуловителя, описанного в способе инерционного пылеуловителя и устройстве для его осуществления, представленного в пункте 2 формулы изобретения, которое включает периферийный ввод запыленного газового потока в цилиндрическую часть корпуса циклона, осевой выходной патрубок, коническую часть корпуса, бункер, вибратор, блок управления, при этом корпус циклона вывешен на пружинах с помощью балки, соединенной с выходным патрубкам, а вибратор, сообщающий корпусным деталям циклона вибрацию заданной частоты, установлен на кольце, закрепленном на цилиндрической части корпуса циклона, при этом на выходном патрубке закреплен фильтрующий элемент, одновременно являющийся аэродинамическим глушителем шума [Патент РФ №2270059, В04С 11/00, 2006 г.].The closest technical solution for the totality of features to the claimed object and adopted as a prototype is an inertial dust collector device described in the inertial dust collector method and device for its implementation, presented in paragraph 2 of the claims, which includes the peripheral input of a dusty gas stream into the cylindrical part of the cyclone body, axial outlet pipe, conical part of the body, hopper, vibrator, control unit, while the cyclone body is hung on the springs using balk connected to the outlet pipes, and a vibrator that informs the cyclone body parts of the vibration of a given frequency is mounted on a ring mounted on the cylindrical part of the cyclone body, while the filter element is fixed to the outlet pipe, which is also an aerodynamic silencer [RF Patent No. 2270059, V04C 11 / 00, 2006].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся сложность удаления уловленных частиц со стенок цилиндрической части корпуса циклона, особенно если одновременно с частицами улавливаются капли жидкости, образующие с твердый дисперсной фазой липкую высококонцентрированную суспензию, образующую структуру и обладающую неньютоновскими свойствами, что приводит к дополнительным затратам времени на очистку стенок корпуса циклона и снижению общей производительности.Reasons that impede the achievement of the desired technical result include the difficulty of removing trapped particles from the walls of the cylindrical part of the cyclone body, especially if liquid droplets are trapped simultaneously with the particles, forming a sticky, highly concentrated suspension with a solid dispersed phase, which forms a structure and has non-Newtonian properties, which leads to additional time spent on cleaning the walls of the cyclone body and reducing overall productivity.

Техническим результатам предлагаемой конструкции циклона является увеличение производительности.The technical results of the proposed design of the cyclone is to increase productivity.

Это достигается тем, что в циклоне содержится периферийный ввод запыленного газового потока в цилиндрическую часть корпуса, осевой выходной патрубок, коническая часть корпуса, бункер и пружины, на которых корпус циклона вывешен с помощью балки, при этом осевой выходной патрубок дополнительно снабжен герметично соединенной с ним трубой с диаметром, равным диаметру выходного патрубка, и длиной, определяемой из выражения:This is achieved by the fact that the cyclone contains the peripheral input of the dusty gas stream into the cylindrical part of the housing, the axial outlet pipe, the conical part of the housing, the hopper and the springs on which the cyclone housing is hung using a beam, while the axial outlet pipe is additionally provided with a hermetically connected to it a pipe with a diameter equal to the diameter of the outlet pipe, and a length determined from the expression:

где

- длина дополнительной трубы, м;Where

- length of the additional pipe, m;

m - масса циклона с дополнительной трубой в рабочем режиме, кг;m is the mass of the cyclone with an additional pipe in operating mode, kg;

а - упругость пружины, Н/м; a - spring elasticity, N / m;

- длина осевого выходного патрубка, м.

- the length of the axial outlet pipe, m

Дополнительное снабжение осевого выходного патрубка трубой, герметично соединенной с этим патрубком, и диаметром, равным диаметру выходного патрубка, предупреждает увеличение гидравлических потерь за счет изменения проходного сечения с образованием местного сопротивление, что приводит к увеличению производительности по очищенному газу.Additional supply of the axial outlet pipe with a pipe hermetically connected to this pipe and a diameter equal to the diameter of the output pipe prevents an increase in hydraulic losses due to a change in the flow area with the formation of local resistance, which leads to an increase in the clean gas productivity.

Выполнение дополнительной трубы над выходным патрубком длиной, определяемой по выражению (1), переводит режим работы циклона в режим резонансных колебаний с частотой колебаний газа, движущегося в выходном патрубке, и дополнительной трубе, что уменьшает гидравлическое сопротивление циклона, приводит к росту скорости очищаемого газа, что в целом увеличивает производительность.The implementation of the additional pipe over the outlet pipe with a length determined by expression (1) translates the cyclone operation mode into resonant mode with the oscillation frequency of the gas moving in the outlet pipe and the additional pipe, which reduces the hydraulic resistance of the cyclone, leads to an increase in the speed of the gas being cleaned, which generally increases productivity.

Известно, что частота колебаний газа в трубе определяется по уравнению:It is known that the frequency of gas oscillations in the pipe is determined by the equation:

где ν - частота колебаний газа в трубе, Гц;where ν is the frequency of the gas in the pipe, Hz;

с - скорость распространения звука в газе, движущемся в трубе, м/с;C is the speed of sound propagation in a gas moving in a pipe, m / s;

L - общая длина трубы, состоящей из дополнительной трубы длиной

и установленной над осевым выходным патрубком длиной

:L is the total length of the pipe, consisting of an additional pipe length

and installed above the axial outlet

:

Собственная частота колебаний пружинного маятника определяется по уравнению:The natural oscillation frequency of the spring pendulum is determined by the equation:

где ν_М - собственная частота колебаний пружинного маятника; (остальные обозначения приведены в формуле полезной модели и в тексте заявки после выражения (1)). [Элементарный учебник физики. Учебное пособие / под редакцией Г.С. Лансберга. - 10-е изд. перераб. - М: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1986, стр. 510 и стр. 102].where ν _M is the natural frequency of oscillation of the spring pendulum; (the remaining designations are given in the utility model formula and in the application text after expression (1)). [Elementary textbook of physics. Textbook / edited by G.S. Lansberg. - 10th ed. reslave. - M: Science, Main Edition of the Physics and Mathematics Literature, 1986, p. 510 and p. 102].

Из совместного решения уравнений (2), (3) и (4) получается после алгебраических преобразований выражение (1), обеспечивающее при рассчитанной по нему длине дополнительной трубы, установленной над осевым выходным патрубкам, резонансный режим колебаний циклона с частотой колебаний очищенного газа, выходящего из дополнительной трубы. Высокая амплитуда колебаний циклона в режиме резонанса снижает гидравлическое сопротивление, что приводит к росту перепада давления, затрачиваемого на движение газа в циклоне, а значит повышению скорости газа и производительности.From the joint solution of equations (2), (3) and (4), after algebraic transformations, expression (1) is obtained, which, when calculated by the length of the additional pipe mounted above the axial outlet pipes, provides a resonant oscillation mode of the cyclone with an oscillation frequency of the purified gas leaving from an additional pipe. The high oscillation amplitude of the cyclone in resonance mode reduces the hydraulic resistance, which leads to an increase in the pressure drop spent on the gas movement in the cyclone, which means an increase in gas velocity and productivity.

На чертеже представлена схема общего вида предлагаемой конструкции циклона.The drawing shows a diagram of a General view of the proposed design of the cyclone.

Он состоит из периферийного ввода 1 запыленного газового потока в цилиндрическую часть 2 корпуса, осевого выходного патрубка 3 длиной

, конической части 4 корпуса, бункера 5 для сбора уловленных частиц, соединенного гофрированный манжетой 6 с конической частью 4 корпуса, пружин 7, на которых циклон вывешен с помощью балки 8.It consists of a peripheral input 1 of a dusty gas stream into the cylindrical part 2 of the housing, an axial outlet pipe 3 of length

, the conical part 4 of the body, the hopper 5 for collecting trapped particles, connected corrugated cuff 6 with the conical part 4 of the body, springs 7, on which the cyclone is hung using the beam 8.

Над осевым выходным патрубком 3 дополнительно герметично с ним установлена труба 9 с диаметром, равным диаметру осевого выходного патрубка 3, и длиной

, определяемой по выражению (1).Above the axial outlet pipe 3, a pipe 9 is additionally sealed with it with a diameter equal to the diameter of the axial outlet pipe 3 and a length

determined by the expression (1).

Циклон работает следующим образом. По периферийному вводу 1 запыленного газового потока тангенциально он подается в цилиндрическую часть 2 корпуса. Центробежные силы отбрасывают частицы и капли дисперсной фазы на стенки корпуса 2 и 4, а очищенный газовый поток по осевому выходному патрубку 3 и дополнительной трубе 9 выводится из циклона.The cyclone works as follows. At the peripheral inlet 1 of the dusty gas stream, it is tangentially supplied to the cylindrical part 2 of the housing. Centrifugal forces drop particles and droplets of the dispersed phase onto the walls of the housing 2 and 4, and the cleaned gas stream is discharged from the cyclone through the axial outlet pipe 3 and the additional pipe 9.

Так как суммарная длина L осевого выходного патрубка 3 и дополнительной трубы 9 определяется согласно уравнения (3), а сама длина

дополнительной трубы 9 определяется по выражению (1), то частота колебаний газа, движущегося в выходном патрубке 3 и дополнительной трубе 9, равна собственной частоте колебаний пружинного маятника, образованного циклоном с уловленными в нем на стенках корпуса частицами и каплями дисперсной фазы, а также дополнительной трубой 9 с общей массой m, определяемой по уравнению (4).Since the total length L of the axial outlet pipe 3 and the additional pipe 9 is determined according to equation (3), and the length itself

additional pipe 9 is determined by the expression (1), the oscillation frequency of the gas moving in the outlet pipe 3 and the additional pipe 9 is equal to the natural frequency of the oscillation of the spring pendulum formed by a cyclone with particles and droplets of dispersed phase trapped in it on the walls of the housing, as well as an additional pipe 9 with a total mass m determined by equation (4).

Равенство частот колебаний воздуха и собственной частоты колебаний циклона вызывает его резонансную вибрацию с высокой амплитудой без применения вибратора. Под действием этой вибрации липкий высоковязкий структурированный слой уловленных частиц и капель, обладающий структурой и неньютоновскими свойствами, разжижается, уменьшая эффективную вязкость, и непрерывно стекает вниз по конической части 4 корпуса в бункер 5. Это снижает гидравлическое сопротивление и способствует увеличению скорости газа в циклоне и производительности.The equality of the frequencies of the air and the natural frequency of the cyclone causes its resonant vibration with high amplitude without the use of a vibrator. Under the influence of this vibration, a sticky, highly viscous structured layer of trapped particles and droplets with a structure and non-Newtonian properties is thinned, reducing the effective viscosity, and continuously flows down the conical part 4 of the body into the hopper 5. This reduces the hydraulic resistance and increases the gas velocity in the cyclone and performance.

Пример расчета.Calculation example.

В циклоне конструкции Гипродревпрома типа Ц-250 и массой 18,2 кг [А.С. Тимошин. Инженерно-экономический справочник. Т. 1 - Калуга: Издание Н.Б. Бочкаревой, 2003, с. 469] очищается воздух.In the cyclone design Giprodrevprom type Ts-250 and weighing 18.2 kg [A.S. Timoshin. Engineering and economic reference book. T. 1 - Kaluga: Edition NB Bochkareva, 2003, p. 469] the air is purified.

Длина осевого выходного патрубка 3

. Так как внутри циклона находится стекающая при вибрации уловленная дисперсная фаза, то с учетом массы дополнительной трубы 9 длиной

общая вибрирующая масса m=30 кг. Циклон подвешивают на двух пружинах 7, то есть n=2, обладающих упругостью а=8⋅10⁶ H/м. Скорость звука в очищаемом воздухе c=330 м/с.Axial Outlet Length 3

. Since the trapped dispersed phase flowing off during vibration is located inside the cyclone, taking into account the mass of the additional pipe 9 with length

total vibrating mass m = 30 kg. The cyclone is suspended on two springs 7, i.e. n = 2, with elasticity a = 8⋅10 ⁶ N / m. The speed of sound in the cleaned air c = 330 m / s.

Согласно выражению (1) для обеспечения резонансного режима колебаний циклона на пружинах 7 с очищенным воздухом, движущимся в осевом выходном патрубке 3 и дополнительной трубе 9, составляет:According to the expression (1) to ensure the resonant mode of oscillation of the cyclone on the springs 7 with purified air moving in the axial outlet pipe 3 and the additional pipe 9, is:

Частота колебаний очищенного воздуха, взвешивающегося в осевом выходном патрубке 3 и дополнительной трубе 9, составляет согласно уравнений (2) и (3):The oscillation frequency of purified air, weighed in the axial outlet pipe 3 and the additional pipe 9, is according to equations (2) and (3):

Частота собственных колебаний циклона с движущимися в нем уловленными частицами и каплями дисперсной фазы и массой дополнительной трубы 9 составляет согласно уравнению (4):The natural frequency of the cyclone with trapped particles and droplets of the dispersed phase moving in it and the mass of the additional pipe 9 is according to equation (4):

Таким образом, герметичная установка дополнительный трубы 9 над осевым выходным патрубком 3 с диаметром, равным диаметру осевого выходного патрубка, и длиной, рассчитываемой по выражению (1), обеспечивает резонансный режим колебаний циклона на пружинах 7 (как физического маятника) с очищенным воздухом, движущимся по осевому выходному патрубку 3 и дополнительной трубе 9, что приводит к вибрации циклона с большой амплитудой, под действием которой слой уловленных частиц и капель на стенках циклона снижает свою эффективную вязкость, и разрушается его структура, а уловленные частицы с каплями непрерывно удаляются из циклона в бункер 5 без использования вибратора, что приводит к уменьшению гидравлического сопротивления, росту скорости газа в циклоне, что в целом повышает производительность.Thus, the sealed installation of the additional pipe 9 above the axial outlet pipe 3 with a diameter equal to the diameter of the axial outlet pipe and the length calculated by expression (1) provides a resonant mode of cyclone vibrations on the springs 7 (like a physical pendulum) with purified air moving along the axial outlet pipe 3 and the additional pipe 9, which leads to vibration of the cyclone with a large amplitude, under the influence of which the layer of trapped particles and drops on the walls of the cyclone reduces its effective viscosity, and destroys its structure, and trapped particles with droplets are continuously removed from the cyclone to hopper 5 without using a vibrator, which leads to a decrease in hydraulic resistance and an increase in the gas velocity in the cyclone, which generally increases productivity.

Claims (8)

Циклон, содержащий периферийный ввод запыленного газового потока в цилиндрическую часть корпуса, осевой выходной патрубок, коническую часть корпуса, бункер и пружины, на которых циклон вывешен с помощью балки, отличающийся тем, что осевой выходной патрубок дополнительно снабжен герметично соединенной с ним трубой с диаметром, равным диаметру выходного патрубка, и длиной, определяемой из выражения:A cyclone containing a peripheral input of a dusty gas stream into the cylindrical part of the body, an axial outlet pipe, a conical part of the body, a hopper and springs on which the cyclone is hung using a beam, characterized in that the axial outlet pipe is further provided with a pipe with a diameter hermetically connected to it, equal to the diameter of the outlet pipe, and the length determined from the expression:

где

- длина дополнительной трубы, м;Where

- length of the additional pipe, m; c – скорость распространения звука в газе, движущемся в трубе, м/с;c is the speed of sound propagation in a gas moving in a pipe, m / s; m - масса циклона с дополнительной трубой в рабочем режиме, кг;m is the mass of the cyclone with an additional pipe in operating mode, kg; а - упругость каждой пружины, Н/м; a - the elasticity of each spring, N / m; n - число пружин;n is the number of springs;

- длина осевого выходного патрубка, м.

- the length of the axial outlet pipe, m

Images