RU222773U1 - Устройство очистки воздуха - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к техническим средствам, предназначенным для очистки воздуха, в частности для промышленных объектов, и может быть использована для очистки воздуха от пыли и других вредных примесей в рабочей зоне при осуществлении различных производственных процессов с содержанием вредных веществ в воздухе рабочих зон выше предельно допустимой концентрации (ПДК), в частности в горнодобывающей и металлургической промышленности. Предлагаемая полезная модель представляет собой воздухоочиститель с многоступенчатой комбинированной очисткой. На первом этапе, каскад форсунок с соплами, установленными в корпусе устройства, сочетают функции побудителя тяги и очистителя для поступающего на вход устройства воздушного потока за счет коагуляции жидкости с вредными примесями. Далее по пути следования воздушный поток доочищается при прохождении через вращающийся фильтрующий элемент, соединенный с крыльчаткой, вращающейся от набегающего воздушного потока и приводящей в движение указанный фильтрующий элемент. 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Полезная модель относится к техническим средствам, предназначенным для очистки воздуха, в частности, для промышленных объектов и может быть использована для очистки воздуха от пыли и других вредных примесей в рабочей зоне при осуществлении различных производственных процессов с содержанием вредных веществ в воздухе рабочих зон выше предельно допустимой концентрации (ПДК), в частности, в горнодобывающей и металлургической промышленности. Предлагаемая полезная модель представляет собой воздухоочиститель с многоступенчатой комбинированной очисткой. На первом этапе, каскад форсунок с соплами, установленные в корпусе устройства, сочетают функции побудителя тяги и очистителя для поступающего на вход устройства воздушного потока за счет коагуляции жидкости с вредными примесями. Далее по пути следования, воздушный поток доочищается при прохождении через вращающийся фильтрующий элемент, соединенный с крыльчаткой, вращающейся от набегающего воздушного потока и приводящей в движение указанный фильтрующий элемент.

Известны системы, очищающие воздух путем его пропускания через фильтрующий элемент, в частности, решение по патенту Европейского союза на изобретение №0095354 «A dust and fume collector (Устройство очистки от пыли и тумана)» (МПК B01D 46/26; B01D 46/40; B01D 46/002 Rotoclean Industrial Corp., США, з. № EP 0095354 A1, 20.05.1983, к. 24.05.1982, публ. 30.11.1983). Устройство очистки от пыли и дыма содержит фильтрационную камеру с входом для загрязненного газа, выходом для очищенного газа и вращающийся барабан, установленный в промежутке между входом для газа и выходом для газа. Вращающийся барабан имеет цилиндрическую поверхность, которая проницаема для газа и обеспечивает фильтрацию последнего, а также газовое сообщение между входом и выходом. Предусмотрены средства для вращения барабана с заданной скоростью. Камера имеет бункер для сбора твердых частиц, осаждающихся под воздействием поступающего газа и выбрасываемых из барабана, и вентилятор, перемещающий газ из входного отверстия через фильтрующий элемент во внутреннюю часть барабана и из его выходного конца.

Недостатками представленного решения являются относительно низкая эффективность очистки воздуха, поскольку очистку проходит сухой воздух, а также невысокая энергоэффективность вследствие размещения крыльчатки после фильтрующего элемента на пути следования воздушного потока. В этой связи, неизбежное заполнение пор фильтрующего элемента пылью приведет к значительному падению силы всасывания и, как следствие общему снижению полезного эффекта от применения устройства.

Из уровня техники известны решения, использующие комбинированный принцип очистки воздушного потока, сходный с заявленным. Так, существует техническое решение по патенту Российской Федерации на изобретение №2418171 (заявитель Глазырина Е.А., Россия, з. №2009149681 от 30.12.2009, публ. 10.05.2011, МПК E21F 5/00). В изобретении реализован способ мокрой очистки воздушного потока, включающий поступление воздуха на вход корпуса очистителя, прохождение через каскад эжекторных форсунок, коагуляцию, отвод вредных примесей через шламоотводящий патрубок, осаждение оставшихся примесей на шламоотделителе в виде пакета пластин или труб, ориентированных вдоль корпуса, и выход очищенного воздуха.

Недостатками способа по указанному патенту являются недостаточное качество очистки запыленного воздушного потока, содержащего, в основном, мелкодисперсные частицы. Применяемый каскад форсунок не обеспечивает, в полной мере, коагуляцию более мелких частиц пыли, которые беспрепятственно следуют далее по направлению движения потока и не могут быть эффективно уловлены, в частности, шламоуловителем. Кроме того, орошение каскадом форсунок пылевоздушного потока приводит к коагуляции последнего с каплями жидкости, что, вследствие проявления недостатка конструкции, выраженного в низкой эффективности по улавливанию мелкодисперсных составляющих образованного пылекапелевоздушного потока, приводит к повышению влажности воздушного потока на выходе корпуса очистительного устройства.

Технической проблемой, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение эффективности воздушной очистки при сверхобильных источниках вредностей без необходимости в подаче дополнительной энергии, совместно со значительным уменьшением влажности воздуха после его мокрой очистки с самоочисткой фильтрующего элемента без остановки цикла фильтрации.

Настоящей полезной моделью предложено устройство очистки воздуха, которое включает полый корпус для прохождения по нему воздушного потока, снабженный входом и выходом, подводящие патрубки, эжектирующие форсунки, установленные в полом корпусе последовательно в виде каскада и соединенные своими входами с подводящими патрубками, а своими соплами обращенные к выходу полого корпуса. На пути следования воздушного потока после каскада эжектирующих форсунок установлена крыльчатка, связанная с проницаемым для воздушного потока фильтрующим элементом, выполненным с возможностью вращения.

В частном случае выполнения полый корпус снабжен разделителем потока, расположенным между эжектирующими форсунками и крыльчаткой с фильтрующим элементом, образующим воздушные тракты в продольной секущей плоскости, отходящие под углом к продольной оси корпуса, причем тракты смыкаются за разделителем потока под углом к продольной оси корпуса, а отводящий патрубок сообщается по меньшей мере с одним из них.

Во втором частном случае выполнения фильтрующий элемент выполнен в форме конуса, обращенного вершиной к крыльчатке.

В третьем частном случае фильтрующий элемент выполнен в форме цилиндра.

В четвертом частном случае фильтрующий элемент выполнен из пористого материала.

В пятом частном случае фильтрующий элемент выполнен из волокнистого материала.

В шестом частном случае фильтрующий элемент установлен за крыльчаткой на пути воздушного потока.

В седьмом частном случае крыльчатка с фильтрующим элементом приводится во вращение набегающим потоком воздуха.

В восьмом частном случае площадь поперечного сечения корпуса в месте расположения крыльчатки и фильтрующего элемента больше типичной площади поперечного сечения корпуса.

В девятом частном случае диаметр сочленения диффузора и конфузора d в расширенной части корпуса установлен в размере

d≥1,5D,

где D - типичный диаметр корпуса устройства.

В десятом частном случае длина фильтрующего элемента L составляет

L≥D,

где D - типичный диаметр корпуса устройства.

В одиннадцатом частном случае крыльчатка выполнена в виде конуса-обтекателя с расположенными на его поверхности лопастями, причем угол вершины конуса α составляет от 45° до 100°.

В двенадцатом частном случае крыльчатка содержит, по меньшей мере, две лопасти.

В тринадцатом частном случае угол атаки переднего края лопасти составляет , а заднего края лопасти .

В четырнадцатом частном случае угол атаки лопастей плавно изменяется в диапазоне от у переднего края, до у заднего края лопасти.

Эффективность очистки загрязненного воздушного потока зависит от соотношения общего количества вредных примесей на единицу площади при прохождении загрязненного воздушного потока через вход корпуса устройства к соответствующему количеству на выходе устройства. Кроме того, имеют значение параметры влажности очищенного воздуха, в особенности, при очистке жидкостью, а также энергоэффективность устройства.

Каскадно расположенные эжектирующие форсунки обеспечивают равномерное и устойчивое орошение конусообразным факелом диспергированной жидкости проходящего через них воздушного потока и полное равномерное плотное заполнение диспергированной жидкостью той части полости корпуса устройства, которая находится в конусе орошения форсунки. Столкновение дисперсных пылевых частиц с каплями жидкости приводит к их коагуляции и дальнейшему выпадению на нижнюю часть корпуса устройства. В то же время, некоторые мелкодисперсные частицы, количество которых зависит, в том числе, от напора жидкости в факеле орошающего конуса форсунок, коагулируют недостаточно интенсивно, что приводит к их продвижению к выходу корпуса устройства и, как следствие, такие частицы не могут быть уловлены попаданием в отводящий патрубок, поскольку они продолжают движение вместе с основной массой воздушного потока. Решением проблемы дальнейшего снижения концентрации вредных примесей в очищаемом воздухе, а также его осушения является применение далее по пути следования воздушного потока крыльчатки, связанной с проницаемым для очищаемого потока вращающимся фильтрующим элементом. Применение вращающегося фильтрующего элемента позволяет решить проблемы очистки от той части вредных примесей, что не подверглась интенсивной коагуляции и не была удалена через отводящий патрубок после прохождения через каскад эжектирующих форсунок. За счет центростремительного ускорения при вращении фильтра частицы, в том числе и скоагуировавшие, но не обладающие существенной массой для выпадения на нижнюю часть корпуса, отбрасываются фильтрующим элементом на стенки корпуса, теряя кинетическую энергию и затем скатываются по стенкам корпуса в его нижнюю часть. Параллельно, происходит осушение воздушного потока за счет отбрасывания капель жидкости на стенки корпуса. Самоочистка фильтрующего элемента осуществляется также за счет центробежной силы, срывающей с поверхности частицы, неспособные пройти через материал фильтра на стенки корпуса. Корпус устройства в месте расположения фильтрующего элемента и собственно фильтрующий элемент выполнены таким образом, что воздушный поток неизбежно пройдет через наружную поверхность фильтрующего элемента на пути к выходу корпуса. Таким образом, предложенное устройство позволяет производить комбинированную многоступенчатую очистку загрязненного воздушного потока.

Фильтрация скоагулированных капель дополнительно обеспечивает осушение воздушного потока за счет снижения каплевыноса, вследствие чего, капли жидкости, преимущественно, остаются в зоне коагуляции на внешней поверхности фильтра или на стенках корпуса устройства, после чего поступают в предназначенный для их отвода патрубок.

Энергоэффективность устройства обеспечивается за счет использования в работе вращающегося фильтра энергии движущегося воздушного потока посредством размещения фильтра на валу с крыльчаткой, приводимой во вращение воздушным потоком. Такое решение позволяет отказаться от использования дополнительного устройства для приведения в движение крыльчатки как в описанном выше аналоге по патенту EP 0095354, поскольку функцию побудителя тяги в настоящем техническом решении выполняют эжектирующие форсунки.

По сравнению с используемым в другом аналоге шламоотделителем в виде пакета пластин или трубок, осуществляющего фильтрацию с использованием «пристеночного» эффекта, пропускающего некоторое количество примесей, проходящих в пространстве между пластинами, применяемый в настоящем решении фильтр позволяет улучшить степень очистки от вредных примесей, поскольку весь воздушный поток на пути к выходу неизбежно пройдет через фильтр. За счет этого осуществляется и осушение воздушного потока, поскольку материал фильтра задерживает капли жидкости, препятствуя их поступлению на выход из корпуса устройства.

Целесообразно выполнение корпуса устройства с круглым поперечным сечением или близким к нему, поскольку конструкция эжектирующих форсунок подразумевает создание конуса орошающей жидкости, также имеющего, по существу, круглое поперечное сечение. Таким образом, осуществляется наиболее эффективное взаимодействие капель жидкости с пылевоздушным потоком. Трубообразная форма корпуса обеспечивает относительно стабильную скорость движения воздушного потока при прохождении всех предусмотренных изобретением ступеней очистки, параллельно обеспечивая доочистку дисперсной системы (вредные вещества, воздух, капли воды) за счет проявления т.н. «пристеночного эффекта», заключающегося в замедлении скорости движения той части потока, которая расположена ближе к внешнему диаметру корпуса устройства. Снижение скорости приводит, в свою очередь, к уменьшению величины кинетической энергии частиц, что в совокупности с, преимущественно, турбулентным течением среды в корпусе, приводит к дополнительному выпадению некоторого количества частиц, содержащих вредные примеси на нижнюю часть внутренней поверхности корпуса. Дальнейшее движение указанных частиц продолжается по направлению к отводящему патрубку под действием воздушного потока, формируемого каскадом эжектирующих форсунок.

Корпус устройства может иметь переменное поперечное сечение, т.е. участки трубы, имеющие большее или меньшее значение площади поперечного сечения по сравнению с типичной площадью поперечного сечения корпуса. Типичной площадью считается такая площадь поперечного сечения, которая приблизительно соответствует площади поперечного сечения орошающего конуса эжектирующих форсунок. Локальное расширение корпуса на участке расположения фильтрующего элемента с крыльчаткой позволяет изменить угол встречи воздушного потока с поверхностью фильтра. Автором опытным путем было установлено, что увеличение площади поперечного сечения корпуса в месте расположения крыльчатки с фильтрующим элементом в соотношении D₁≥1,5D, где D - типичная площадь поперечного сечения корпуса устройства, позволяет обеспечить такой угол встречи пылегазового потока, что наилучшим образом обеспечивает последующую фильтрацию примесей.

Выполнение фильтрующего элемента из пористого или волокнистого материала позволяет эффективно задерживать пылевые частицы, как в скоагулированном виде, так и движущиеся отдельно под действием воздушного потока.

Выполнение фильтрующего элемента длиной L≥D, где D - типичный диаметр корпуса устройства, позволяет обеспечить скорость такую прохождения пылегазового потока через фильтр, которая позволяет эффективно задерживать вредные частицы на поверхности фильтра, не создавая, при этом, разрежения на выходе корпуса.

Выполнение лопастей крыльчатки с изменением угла атаки позволяет дополнительно закрутить воздушный поток, позволив наиболее эффективно использовать его энергию для повышения коэффициента полезного действия крыльчатки и, соответственно, связанного с ней фильтра.

Площадь боковой поверхности конуса меньше таковой для цилиндра при одинаковой площади основания и высоте.

Разделитель потока может иметь, по существу, любую форму, поскольку первичным, в рамках данного изобретения, является его функциональное назначение. Разделитель предназначен для разбиения единого воздушного потока на составляющие, т.е. поток вынужден огибать указанный разделитель, который выполняет функцию дефлектора. Выполнение разделителя потока в форме стакана, ориентированного открытой частью по направлению к входу корпуса и соосно с ним размещенного, позволяет, по сути, создать дополнительный воздушный тракт внутри корпуса разделителя, при этом, его основание используется в качестве отбойной перегородки. В совокупности, такая конструкция обеспечивает создание турбулентного, дополнительно завихренного потока и повышает степень коагуляции в зоне внутреннего пространства стакана. Для удаления коагулянта с вредными веществами на части боковой поверхности стакана могут быть выполнены сливные отверстия. Коагулянт, попавший в такое отверстие, проходит по нижней части корпуса устройства и поступает в отводящий патрубок. Форма выполнения стакана не является принципиальной в рамках настоящей полезной модели - деталь, по меньшей мере, должна содержать основание (дно) и одну или некоторое количество боковых граней, например, стакан может быть выполнен в форме цилиндра, куба, призмы, усеченного конуса или усеченной пирамиды.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируются чертежами. На фиг. 1 схематично изображено продольное сечение предлагаемого устройства очистки воздуха в общем виде с фильтром конусообразной формы. На фиг. 2 схематично изображен пример выполнения фильтрующего элемента цилиндрической формы. На фиг. 3 изображен эскиз устройства очистки воздуха с разделителем потока и фильтром конусообразной формы. На фиг. 4 содержит устройство очистки воздуха с разделителем потока и фильтрующим элементом цилиндрической формы.

На приведенных фигурах числами обозначены следующие позиции:

1. устройство очистки воздуха;

2. корпус;

3. вход;

4. выход;

5. форсунки;

6. подводящие патрубки;

7. отводящий патрубок;

8. крыльчатка;

9. вал;

10. фильтрующий элемент;

11. разделитель потока.

Предлагаемое устройство очистки воздуха 1 в одном из исполнений включает трубообразный корпус 2 со входом 3 и выходом 4 (Фиг.1). В корпусе 2 последовательно размещены три эжектирующие форсунки 5, подсоединенные своими входами к подводящим патрубкам 6. Линейная последовательность форсунок 5 образует каскад форсунок. Сопла форсунок 5 обращены к выходу 4 корпуса 2. Форсунки 5 расположены на одной линии, проходящей коаксиально осевой корпуса 2. Между массивом форсунок 5 и выходом 4 в месте локального расширения трубообразного корпуса 2 установлены крыльчатка с фильтрующим элементом с цилиндрической поверхностью. Крыльчатка выполнена в виде обтекателя конической формы, снабженного шестью лопастями с плавно изменяющимся углом атаки в диапазоне от 10° на переднем крае до 90° на заднем крае. Фильтрующий элемент выполнен длиной не менее 2*D, наружная поверхность выполнена из пористого, предпочтительно, гидрофобного материала, например, иглопробивного полотна.

Вариант выполнения устройства, представленный на Фиг.2, отличается выполнением крыльчатки в виде пропеллера и фильтрующего элемента в виде конуса.

Следующий пример выполнения, на Фиг.3, иллюстрирует применение устройства с разделителем потока 11. Поток воздуха, проходящий через разделитель, отклоняется корпусом разделителя на несколько потоков. После - происходит столкновение разделенных потоков, приводящее к коагуляции пылевых частиц, потере кинетической энергии, выпадению их на нижнее основание корпуса. На Фиг. 4 показан вариант устройства, содержащий разделитель потока и фильтрующий элемент цилиндрической формы.

Предлагаемое устройство очистки воздуха работает следующим образом. На вход 3 корпуса 2 устройства очистки воздуха поступает загрязненный воздушный поток. Жидкость под высоким давлением через подводящие патрубки 5 подается к форсункам 6 по обособленным каналам, формируя поток жидкости с продольно-вращательным движением в сторону сопла форсунок 5. При выходе жидкости из сопла форсунок с высокой скоростью и кинетической энергией формируется факел диспергированной жидкости, который и эжектирует загрязненный воздух в корпус 2 устройства 1 через вход 3.

Одновременно, поступивший через вход 3 корпуса 2 загрязненный воздух орошается факелом жидкости, при этом капли жидкости улавливают крупные твердые частицы и абсорбируют газовые составляющие загрязнителей воздуха. Часть коагулянта выпадает в осадок на нижнюю часть корпуса 2 устройства и увлекается в направлении отводящего патрубка 6. Остальная часть пылекапелевоздушного потока устремляется в направлении выхода 4 корпуса 2. Далее, пылекапелевоздушный поток движется через крыльчатку, приводя ее в движение, увлекается в сторону вращающего фильтрующего элемента 10. В данном случае, пылекапелевоздушный поток приводит в движение крыльчатку, оказывая давление на ее лопатки. Поток проходит через поверхность фильтра 10, которая задерживает пылевые частицы, при этом, позволяя уже очищенному воздушного потоку поступать через фильтр далее на выход корпуса 3. При этом, пылевые частицы, задержанные поверхностью фильтра 10 за счет его вращения отбрасываются на стенки корпуса и далее выпадают на нижнее основание корпуса 2 и эвакуируются через отводящий патрубок 7. Поток очищенного воздуха через выход 3 корпуса 1 воздухоочистителя поступает во внешнюю воздушную среду или на рабочее место.

Предложенные устройства могут быть изготовлены с использованием известных технологий обработки материалов и машиностроения, применяемых при изготовлении воздухоочистителей и жидкостных форсунок. Предложенные способ и устройство могут быть использованы для очистки воздуха от промышленных загрязнений, в частности, для очистки воздуха от мелкодисперсной пыли в тех местах выполнения работ и передвижения людей, в которых используются известные устройства и способы мокрой очистки воздуха.

Claims (19)

1. Устройство очистки воздуха, включающее полый корпус для прохождения по нему воздушного потока, снабженный входом и выходом, подводящие патрубки, эжектирующие форсунки, установленные в полом корпусе последовательно в виде каскада и соединенные своими входами с подводящими патрубками, а своими соплами обращенные к выходу полого корпуса, отличающееся тем, что на пути следования воздушного потока после каскада эжектирующих форсунок установлена крыльчатка, связанная с проницаемым для воздушного потока фильтрующим элементом, выполненным с возможностью вращения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что полый корпус снабжен разделителем потока с отводящим патрубком, расположенным между каскадом эжектирующих форсунок и крыльчаткой с фильтрующим элементом, образующим воздушные тракты в продольной секущей плоскости, отходящие под углом к продольной оси корпуса, причем тракты смыкаются за разделителем потока под углом к продольной оси корпуса.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильтрующий элемент выполнен в форме конуса, обращенного вершиной к крыльчатке.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильтрующий элемент выполнен в форме цилиндра.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильтрующий элемент выполнен из пористого материала.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильтрующий элемент выполнен из волокнистого материала.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильтрующий элемент установлен за крыльчаткой на пути воздушного потока.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что крыльчатка с фильтрующим элементом приводится во вращение набегающим потоком воздуха.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что площадь поперечного сечения корпуса в расположении крыльчатки и фильтрующего элемента больше типичной площади поперечного сечения корпуса.

10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что площадь поперечного сечения D₁ в расширенной части корпуса составляет:

D₁≥1,5D,

где D - типичный диаметр корпуса устройства.

11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что длина фильтрующего элемента L составляет:

L≥D,

где D - типичный диаметр корпуса устройства.

12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что крыльчатка выполнена в виде конуса-обтекателя с расположенными на его поверхности лопастями, причем угол конуса α составляет от 45° до 100°.

13. Устройство по п. 1. отличающееся тем, что крыльчатка содержит, по меньшей мере, две лопасти.

14. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что угол атаки переднего края лопасти составляет , а заднего края лопасти .

15. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что угол атаки лопастей плавно изменяется в диапазоне от у переднего края, до у заднего края лопасти.