RU2100051C1 - Wedge-type gas-hydrodynamic finely dispersed inclusion concentrator - Google Patents

Abstract

FIELD: devices for filtration of contaminated gas and liquid flows. SUBSTANCE: concentrator is made in form of parallel similar extended fairings secured on two side wedge-shaped bases with periodic system of profiled projections forming wedge-shaped cavity between planes tangent to fairings. Wedge-shaped cavity has rectangular inlet and outlet sections with rounded-off corners. Profiled surface of solid or thin-walled section of fairings ensuring required direction of motion of finely-dispersed inclusions into inner portion of wedge-shaped cavity is formed by elements of lines of exponential function, type $$$, where x is direction along profile of fairings and constant coefficient at $$$, $$$. EFFECT: enhanced efficiency. 6 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам фильтрации загрязнений газовых потоков и жидкостей. The invention relates to a device for filtering contaminants of gas streams and liquids.

Известно устройство щелевого типа, выполненное в виде конически сходящихся пластин [1]
Недостатком известного устройства является то, что не обеспечивается качество пылеотделения от газового потока из-за отсутствия оптимальных условий аэродинамического обтекания пластин.A device of the slot type, made in the form of conically converging plates [1]
A disadvantage of the known device is that the quality of dust separation from the gas stream is not ensured due to the lack of optimal conditions for aerodynamic flow around the plates.

Цель данного изобретения устранение указанных недостатков путем выполнения газо-гидродинамического концентратора мелкодисперсных включений в виде параллельной последовательности удлиненных обтекателей, крепящихся по концам на двух боковых клиновидных основаниях, с периодической системой профилированных выступов, так что между касательными плоскостями к обтекателям образуется клиновидная полость с входным и выходным прямоугольными сечениями с закругленными углами, а профилированная поверхность сплошного или тонкостенного сечения обтекателей образована элементами линий степенной зависимости вида
y ax^k,
где x направление вдоль профиля обтекателей;
a постоянный коэффициент, при a > 0, k ≥ 1.The purpose of this invention is the elimination of these disadvantages by making a gas-hydrodynamic concentrator of finely divided inclusions in the form of a parallel sequence of elongated fairings, fastened at the ends on two lateral wedge-shaped bases, with a periodic system of profiled protrusions, so that between the tangent planes to the fairings a wedge-shaped cavity with an input and output rectangular sections with rounded corners, and the profiled surface of a solid or thin-walled section Ia fairings formed elements of power lines depending on type
y ax ^k ,
where x is the direction along the profile of the fairings;
a is a constant coefficient, for a> 0, k ≥ 1.

На фиг. 1 дана схема устройства; на фиг. 2 вид сбоку фиг. 1; на фиг. 3 вид сверху; на фиг. 4 разрез A A фиг. 1; фиг. 5 разрез B B фиг. 4; фиг. 6 клиновидная полость. In FIG. 1 shows a diagram of a device; in FIG. 2 is a side view of FIG. one; in FIG. 3 top view; in FIG. 4 is a section A A of FIG. one; FIG. 5 a section B B of FIG. 4; FIG. 6 wedge-shaped cavity.

Устройство включает удлиненные обтекатели 1, клиновидные основания 2, клиновидную лопасть 3, прямоугольный заборник 4, коробчатый кожух 5, профилированные сечения 6. The device includes elongated fairings 1, wedge-shaped bases 2, wedge-shaped blade 3, rectangular intake 4, box-shaped casing 5, profiled sections 6.

Удлиненные обтекатели 1 по концам (фиг. 4) с двух сторон устанавливаются в пазах двух боковых клиновидных оснований 2 с шагом 5. The elongated fairings 1 at the ends (Fig. 4) are installed on both sides in the grooves of two lateral wedge-shaped bases 2 in increments of 5.

Для обеспечения ламинарности течений потока внутри лопасти 3 клиновидные основания 2 по краям имеют закругленный профиль, сглаживающий острые углы прямоугольного заборника 4, а также на сторонах, обращенных внутрь клиновидной лопасти, периодическую систему аэро-гидродинамически профилированных выступов. To ensure the laminarity of the flow flows inside the blade 3, the wedge-shaped bases 2 at the edges have a rounded profile, smoothing the sharp corners of the rectangular intake 4, and also on the sides facing the inside of the wedge-shaped blade, a periodic system of aero-hydrodynamically profiled protrusions.

Вся конструкция, образованная периодической системой удлиненных обтекателей и основаниями 2, помещается в общий коробчатый кожух 5, который фиксируется относительно элементов 2. The entire structure, formed by a periodic system of elongated fairings and bases 2, is placed in a common box-shaped casing 5, which is fixed relative to the elements 2.

Образование относительно больших щелевых зазоров между обтекателями обеспечивает с малым сопротивлением истечение через них очищенного газа или жидкости. The formation of relatively large slit gaps between the fairings provides with low resistance the outflow of purified gas or liquid through them.

Профиль 6 сплошного или тонкостенного сечения обтекателей 1 формирует ламинарный поток и его направленность, обеспечивающую траекторию движения частиц инородных включений, направленную внутрь клиновидной полости. The profile 6 of a solid or thin-walled section of the fairings 1 forms a laminar flow and its direction, providing a trajectory of particles of foreign inclusions directed inside the wedge-shaped cavity.

Рассматриваемая конструкция концентратора, в частности пылевых загрязнений воздуха, оказывается близкой к оптимизированному осесимметричному коническому варианту с профилированными кольцами только по эффективности действия. The considered design of the concentrator, in particular dusty air pollution, turns out to be close to the optimized axisymmetric conical variant with shaped rings only in terms of the effectiveness of the action.

Клиновидные основания, на которых крепится система удлиненных обтекателей, имеют поверхности также с внутренними обтекаемыми профилями, по виду аналогичным профилю основного конического канала, образованного основной параллельной последовательностью неперекрывающихся однотипных обтекателей. Главным свойством такой последовательности является строгая периодичность профилей обтекателей (выступов) в виде криволинейных линий, формирующих в пределах одного шага плавно сужающиеся каналы со ступенчатым расширением на выходе. Механика пылеотделения подобным концентратором такова, что дисперсные частицы последовательно из одной зоны отдельного обтекателя переводятся в следующую и т.д. То есть процесс воздействия на пылевые частицы квантовано повторяется от одной пары профилей к другой. Для обеспечения подобного процесса требуется периодичность профилирования системы обтекателей, в том числе и на боковых основаниях. The wedge-shaped bases on which the system of elongated fairings is mounted have surfaces with internal streamlined profiles, similar in appearance to the profile of the main conical channel formed by the main parallel sequence of non-overlapping fairings of the same type. The main property of this sequence is the strict periodicity of the profiles of fairings (protrusions) in the form of curved lines that form smoothly narrowing channels with stepwise expansion at the output within one step. The mechanics of dust separation by such a concentrator are such that dispersed particles are successively transferred from one zone of a separate fairing to the next, etc. That is, the process of exposure to dust particles is quantized repeating from one pair of profiles to another. To ensure such a process, the profiling of the fairing system is required, including on lateral bases.

Плавность нарастания криволинейных профилей по направлению к оси симметрии всего канала имеет, в частности, параболический вид или вид, представленный аппроксимацией составных частей окружности и т.п. В общем случае профиль с монотонным изменением криволинейной поверхности можно представить степенной зависимостью типа y ax^k, где x направление вдоль профиля, a постоянный коэффициент, при a > 0, k ≥ 1.The smoothness of the growth of curved profiles in the direction of the axis of symmetry of the entire channel has, in particular, a parabolic shape or a shape represented by an approximation of the constituent parts of a circle, etc. In the general case, a profile with a monotonic change in a curved surface can be represented as a power-law dependence of the type y ax ^k , where x is the direction along the profile, a is a constant coefficient, for a> 0, k ≥ 1.

Для обеспечения условий качества пылеотделения в пределах остатка до 1% достаточно установить следующие требования:
H/l < 0,1; H/h > 100; L/H > 10, (1)
где H и h соответственно высота входного и выходного сечений клиновидной полости;
l ширина клиновидного концентратора;
L длина клиновидного концентратора.To ensure the quality conditions of dust separation within the remainder of up to 1%, it is sufficient to establish the following requirements:
H / l <0.1; H / h>100; L / H> 10, (1)
where H and h, respectively, the height of the input and output sections of the wedge-shaped cavity;
l the width of the wedge-shaped concentrator;
L is the length of the wedge-shaped hub.

При соблюдении соотношений (1) степень концентрации n как отношение входного потока к пылесодержащему выходному оценивается величиной
n ≈ H/h > 100. (2)
Общий расход Q_k, сравниваемый с коническим концентратором при входном диаметре D H, будет равен
Q_k 4/3 Q_кон•i, (3)
где i число оптимизированных конических устройств, размещаемых во входном прямоугольном сечении клиновидного концентратора.Subject to relations (1), the degree of concentration n as the ratio of the input stream to the dust-containing output is estimated by
n ≈ H / h> 100. (2)
The total flow rate Q _k compared with a conical concentrator with an input diameter DH will be equal to
Q _k 4/3 Q _con • i, (3)
where i is the number of optimized conical devices placed in the input rectangular section of the wedge-shaped concentrator.

Отличия углов схождения поверхностей внутренних полостей для сравниваемых вариантов составляют

при D H, r 0,1D, n 100;

при H/h 100.The differences in the angles of convergence of the surfaces of the internal cavities for the compared options are

at DH, r 0.1D, n 100;

at H / h 100.

При достаточно большой длине L, когда можно считать tg α ≈ α значения углов схождения образующих обтекателей в клинообразном варианте увеличиваются всего на 10% по отношению к таким же параметрам концентратора конического типа. Последнее не порождает проблем в коррекции профилирования обтекателей для обеспечения того же качества фильтрации загрязнений. With a sufficiently large length L, when tg α ≈ α can be considered, the values of the convergence angles of the generatrix fairings in the wedge-shaped version increase by only 10% with respect to the same parameters of the conical type concentrator. The latter does not cause problems in the correction of fairing profiling to ensure the same quality of pollution filtration.

Принимая во внимание возможность выноса частиц в очищенный поток в зоне толщины d пограничного слоя у боковых частей концентратора, нетрудно оценить степень ухудшения его работы в виде

Таким образом, конструкция клиновидного газо-гидродинамического концентратора мелкодисперсных включений, отличаясь по эффективности действия в пределах 1% от предполагаемого оптимального варианта, позволяет исключить десятки разнотипных кольцевых обтекателей и заменить их одним прямолинейным вариантом, что приводит к существенному упрощению технологии изготовления изделий. Предлагаемый вариант устройства также позволяет оптимизировать и упростить компоновку концентраторов пыли в блоки прямоугольной формы с увеличением их пропускной способности.Taking into account the possibility of particles being transported to the cleaned stream in the zone of thickness d of the boundary layer at the lateral parts of the concentrator, it is not difficult to assess the degree of deterioration of its operation in the form

Thus, the design of the wedge-shaped gas-hydrodynamic concentrator of finely dispersed inclusions, differing in efficiency within 1% of the proposed optimal option, eliminates dozens of different types of annular cowls and replace them with one straight-line variant, which leads to a significant simplification of the manufacturing technology of products. The proposed embodiment of the device also allows you to optimize and simplify the layout of dust concentrators in rectangular blocks with an increase in their throughput.

Claims (1)

Клиновидный газогидродинамический концентратор мелкодисперсных включений, содержащий профилированные обтекатели, отличающийся тем, что он выполнен в виде параллельно расположенных неперекрывающих друг друга удлиненных обтекателей, крепящихся по концам на двух боковых клиновидных основаниях, выполненных с профилированными выступами, образующими с обтекателями клиновидную полость с входным и выходным прямоугольными сечениями с закругленными углами, а профилированная поверхность сплошного или тонкостенного сечения обтекателей образована элементами линий степеней зависимости вида
y ax^k,
где х направление вдоль профиля обтекателей;
а постоянный коэффициент,
при а > 0, k ≥ 1.A wedge-shaped gas-hydrodynamic concentrator of finely dispersed inclusions containing profiled fairings, characterized in that it is made in the form of parallel arranged non-overlapping elongated fairings, fastened at the ends on two lateral wedge-shaped bases made with profiled protrusions forming a wedge-shaped cavity with inlet and outlet rectangular sections with rounded corners, and the profiled surface of a solid or thin-walled section of fairings about azovana elements lines of degrees depending on the type
y ax ^k ,
where x is the direction along the profile of the fairings;
and a constant coefficient,
for a> 0, k ≥ 1.

Images