RU2534090C1 - Centrifugal gas cleaner of dust and fluid drops - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: device comprises gas blower and flange separating fouled and clean gases. Said flange has gas passage bore for hollow rotor to be fitted therein and to be sealed in said flange. Rotor end and walls in clean gas area have one or more gas passage bores. Rotor opposite end in fouled gas area has bottom to inhibit gas passage. Rotor walls have long slots of holes arranged radially to rotor axis that featured curvilinear or zigzag-like shape in radial direction. Rotor runs in the flange gas bearing that doubles as a seal between said fouled and clean gas areas. Said seal is produced by overpressure in said bearing.

EFFECT: power savings, higher efficiency of dust separation, simplified design.

5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для очистки воздуха и газов от частиц пыли и капель жидкости, а именно к ротационным устройствам для очистки воздуха и газов от частиц пыли и капель жидкости.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to devices for cleaning air and gases from dust particles and liquid drops, and in particular to rotary devices for cleaning air and gases from dust particles and liquid drops.

Известна конструкция пылеуловителя (патент RU 2122462 «Поперечно-поточный ротационный пылеуловитель», МПК B01D 45/14, опубл. 27.11.1998), содержащая вращающийся ротор, выполненный в виде рабочего колеса поперечно-поточного вентилятора, корпус, входной и выходной патрубки, пылесборник.The known design of the dust collector (patent RU 2122462 "Cross-flow rotary dust collector", IPC B01D 45/14, publ. 11/27/1998) containing a rotating rotor made in the form of an impeller of a cross-flow fan, housing, inlet and outlet nozzles, dust collector .

Недостатком указанной конструкции является невысокая степень очистки газов. Полости пылеуловителя для удаляемой из газа пыли сообщаются с магистралью очищенного газа, и летучие фракции пыли попадают в очищенный газ.The disadvantage of this design is the low degree of gas purification. The dust collector cavities for the dust removed from the gas communicate with the purified gas line, and volatile dust fractions enter the purified gas.

Также известна конструкция пылеуловителя (патент US 1420665 «Центробежный сепаратор», МПК A47L 5/24; A47L 9/16, опубл. 27.06.1922), выбранная в качестве прототипа и содержащая центробежный сепаратор, имеющий общие с заявляемой конструкцией признаки, а именно разделительный элемент со сквозными проемами для прохода через них очищенной среды (газа или жидкости).Also known is the design of the dust collector (patent US 1420665 "Centrifugal separator", IPC A47L 5/24; A47L 9/16, publ. 06/27/1922), selected as a prototype and containing a centrifugal separator having common features with the claimed design, namely separation an element with openings for passage through them of a purified medium (gas or liquid).

Данная конструкция имеет недостаток: для того чтобы обеспечить необходимую степень разделения газа и пыли, сепаратор должен вращаться с большой угловой скоростью (более 10000 об/мин), что требует повышенного качества применяемых в конструкции материалов, технологий изготовления и увеличенного удельного расхода энергии на очистку среды.This design has a drawback: in order to ensure the necessary degree of separation of gas and dust, the separator must rotate at a high angular speed (more than 10,000 rpm), which requires improved quality of materials used in the design, manufacturing techniques and increased specific energy consumption for cleaning the medium .

Технической задачей заявляемого технического решения является снижение удельного расхода энергии на очистку воздуха и повышение эффективности пылеулавливания, упрощение конструкции.The technical task of the proposed technical solution is to reduce the specific energy consumption for air purification and increase the efficiency of dust collection, simplifying the design.

Поставленная задача решена с помощью предлагаемого устройства центробежного для очистки газов от пыли и капель жидкостей, содержащего вентилятор или иной механизм, создающий поток газа, фланец, разделяющий между собой области грязного и очищенного газа, в котором выполнено отверстие для прохода газа. В отверстие установлен пустотелый ротор с уплотнением и с возможностью свободного вращения. Торец и стенки ротора, установленные в области очищенного газа, имеют одно или более отверстие для прохода газа, а другой его торец в области грязного газа имеет дно, препятствующее проходу газа.The problem is solved using the proposed centrifugal device for cleaning gases from dust and droplets of liquids, containing a fan or other mechanism that generates a gas stream, a flange that separates the dirty and purified gas regions, in which a hole for gas passage is made. A hollow rotor with a seal and with the possibility of free rotation is installed in the hole. The end face and the walls of the rotor installed in the region of the purified gas have one or more openings for the passage of gas, and the other end thereof in the region of dirty gas has a bottom that prevents the passage of gas.

Согласно изобретению в стенках ротора выполнены протяженные щели или отверстия, расположенные радиально к оси вращения ротора.According to the invention, extended slots or holes are made in the walls of the rotor located radially to the axis of rotation of the rotor.

Поставленная задача достигается также тем, что щели или отверстия имеют криволинейную или зигзагообразную форму в радиальном направлении.The task is also achieved by the fact that the slots or holes have a curved or zigzag shape in the radial direction.

Также задача достигается тем, что ротор может быть установлен во фланец в газовом подшипнике, выполняющем одновременно функцию уплотнения между областями грязного и очищенного газа.The task is also achieved by the fact that the rotor can be mounted in a flange in a gas bearing, which simultaneously performs the sealing function between the areas of dirty and purified gas.

Наличие вентилятора в устройстве позволяет обеспечить движение газа из области грязного газа в область очищенного газа.The presence of a fan in the device allows the gas to move from the dirty gas region to the purified gas region.

Сущность изобретения поясняется следующим. В области грязного газа А создается избыточное давление относительно области очищенного газа Б. Грязный газ под действием перепада давления двигается внутрь ротора через щели, выполненные в стенках ротора. Движение газа создает скоростной напор, действующий на частицы пыли и капли жидкости. Под влиянием скоростного напора газа на частицы пыли действует сила:The invention is illustrated as follows. In the region of dirty gas A, an excess pressure is created relative to the region of purified gas B. Dirty gas moves under the influence of a differential pressure into the rotor through slots made in the walls of the rotor. The movement of gas creates a high-pressure head acting on dust particles and liquid droplets. Under the influence of the gas pressure head, the force acts on the dust particles:

$$\text{Ra}=\text{CRa}\cdot \rho \text{V2/2}\cdot \text{S}\text{,}\text{(1)}$$

$$\text{Ra}=\text{CRa}\cdot \rho \text{V2 / 2}\cdot \text{S}\text{,}\text{(one)}$$

где Ra - полная аэродинамическая сила, Н;where Ra is the total aerodynamic force, N;

CRa - безразмерный коэффициент полной аэродинамической силы;CRa is the dimensionless coefficient of total aerodynamic force;

ρV²/2 - скоростной напор, Па;ρV ^2/2 - velocity head, Pa;

S - характерная площадь обтекаемого тела, м²;S is the characteristic area of the streamlined body, m ² ;

ρ - плотность воздуха, кг/м³;ρ is the density of air, kg / m ³ ;

V - скорость потока, м/с.V is the flow velocity, m / s.

Полная аэродинамическая сила прямо пропорциональна кинетической энергии потока, которая при обтекании тела трансформируется в энергию трения в пограничном слое и в потенциальную энергию давления. Этот фактор учитывается в формуле величиной ρV²/2. Влияние размеров обтекаемого тела учитывается характерной площадью S, причем в качестве характерной площади принималась наибольшая площадь сечения частиц пыли. Безразмерный коэффициент полной аэродинамической силы CRa определяется опытным путем в процессе аэродинамических экспериментов или теоретическими расчетами.The total aerodynamic force is directly proportional to the kinetic energy of the flow, which, when flowing around the body, is transformed into friction energy in the boundary layer and into potential pressure energy. This factor is taken into account in formula magnitude ρV ^2/2. The influence of the dimensions of the streamlined body is taken into account by the characteristic area S, and the largest sectional area of dust particles was taken as the characteristic area. The dimensionless coefficient of total aerodynamic force CRa is determined empirically in the process of aerodynamic experiments or theoretical calculations.

Одновременно пыль и капли жидкости, попадающие в щель, раскручиваются вместе с ротором. На двигающиеся по кругу частицы пыли и капли жидкости в щели действует центробежная сила. Параметры и расположение щелей (длина, ширина, высота, форма канала) выбираются такими, чтобы на определенном расстоянии от входа в щель центробежная сила, действующая на загрязнения, становилась больше силы от скоростного напора газа.At the same time, dust and liquid droplets falling into the slot unwind together with the rotor. Centrifugal force acts on particles of dust and droplets of liquid moving in a circle in a gap. The parameters and location of the slots (length, width, height, channel shape) are chosen so that at a certain distance from the entrance to the slot, the centrifugal force acting on the contaminants becomes greater than the force from the gas pressure head.

Для материальной точки центробежная сила выражается формулой:For a material point, centrifugal force is expressed by the formula:

$$\text{F}=\text{m r}{\omega }^{\text{2}}\text{(2)}$$

$$\text{F}=\text{m r}{\omega }^{\text{2}}\text{(2)}$$

где:Where:

F - центробежная сила, приложенная к телу,F is the centrifugal force applied to the body,

m - масса тела,m is the body weight

ω - угловая скорость вращения,ω is the angular velocity of rotation,

r - радиус.r is the radius.

Центробежная сила, действующая на частицы пыли в щели ротора при скорости его вращения 3000 об/мин и диаметре 300 мм, на три порядка (в тысячу раз) превосходит силу, возникающую от скоростного напора, рассчитанную для средних значений скоростей очищаемого газа.The centrifugal force acting on dust particles in the rotor slit at a speed of 3000 rpm and a diameter of 300 mm is three orders of magnitude (a thousand times) greater than the force arising from the pressure head, calculated for the average values of the speeds of the gas being cleaned.

При этом центробежная сила, действующая на молекулы газа, в десятки или сотни раз меньше, чем сила, действующая на частицы пыли и капли жидкости, из-за их разной плотности. Поэтому частицы с большей плотностью преодолевают скоростной напор газа, вылетают за пределы ротора и падают вниз. А очищенная среда,, перемещаемая вентилятором, проходит через внутреннюю полость ротора и выходит через открытый торец ротора в область очищенного газа (на фиг.1 - вверх).In this case, the centrifugal force acting on gas molecules is tens or hundreds of times less than the force acting on dust particles and liquid droplets, due to their different densities. Therefore, particles with a higher density overcome the gas pressure head, fly out of the rotor and fall down. And the cleaned medium, moved by the fan, passes through the inner cavity of the rotor and exits through the open end of the rotor into the region of the cleaned gas (upward in Fig. 1).

Существует широкий диапазон: перепадов давлений между наружной и внутренней частями ротора, геометрических размеров отверстий в стенках ротора, таких, что газ из-за меньшей плотности пойдет внутрь ротора и далее через открытый торец ротора в область очищенного газа Б, а пыль и капли жидкости под действием центробежной силы будут выброшены из отверстия (щели) наружу в область А. Например: плотность воздуха 1.29 кг/куб.м, а насыпная плотность легкой графитовой пыли 80 кг/куб.м. 80/1.29=62 раза. Плотность воды 1000 кг/куб.м, что в 775 раз больше плотности воздуха. Во столько же раз центробежная сила, действующая на пыль и капли воды, будет больше, чем действующая на воздух.There is a wide range: pressure drops between the outer and inner parts of the rotor, the geometric dimensions of the holes in the walls of the rotor, such that the gas will go inside the rotor due to its lower density and then through the open end of the rotor to the region of purified gas B, and dust and liquid drops under the action of centrifugal force will be thrown out of the hole (gap) out into area A. For example: the density of air is 1.29 kg / cubic meter, and the bulk density of light graphite dust is 80 kg / cubic meter. 80 / 1.29 = 62 times. The density of water is 1000 kg / cubic meter, which is 775 times higher than the density of air. The same amount of centrifugal force acting on dust and water drops will be greater than acting on air.

Основное преимущество предлагаемой конструкции состоит в том, что даже при относительно невысоких оборотах ротора (3000 об/мин) и перепадах давлений, реально создаваемых существующими промышленными вентиляторами, можно подобрать геометрические параметры щелей, обеспечивающие проход во внутреннюю полость ротора только очищенного газа или газа, содержащего пыль определенного дисперсного состава и плотности.The main advantage of the proposed design is that even with relatively low rotor speeds (3000 rpm) and pressure drops actually created by existing industrial fans, you can select the geometric parameters of the slots that allow only purified gas or gas containing dust of a certain disperse composition and density.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1, 2, 3, 4 представлена схема устройства.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing, where Fig.1, 2, 3, 4 presents a diagram of the device.

Центробежный фильтр состоит из: вентилятора 3 или иного механизма, создающего поток газа из объема А в объем Б, фланца 2, разделяющего между собой области грязного и очищенного газа. Во фланце 2 установлен ротор 1 (например, с подшипником 4 или с газовым подшипником 5) с возможностью вращения относительно фланца 2. Между ротором 1 и фланцем 2 выполнено уплотнение 6, препятствующее проходу газа. Пустотелый ротор 1 имеет форму тела вращения. Один из торцов ротора имеет дно 7, препятствующее входу и выходу газа. Второй торец 8 ротора 1 имеет отверстия (отверстие 9) для выхода газа. В стенках 10 ротора 1 выполнены отверстия 11 (щелевидной, круглой или иной формы) для входа газа во внутреннюю полость ротора 1, стенки которых располагаются примерно радиально к оси вращения ротора.The centrifugal filter consists of: fan 3 or another mechanism that creates a gas flow from volume A to volume B, flange 2, which separates the dirty and purified gas regions. A rotor 1 is installed in the flange 2 (for example, with a bearing 4 or with a gas bearing 5) with the possibility of rotation relative to the flange 2. A seal 6 is made between the rotor 1 and the flange 2, which prevents the passage of gas. The hollow rotor 1 has the shape of a body of revolution. One of the ends of the rotor has a bottom 7, which prevents the entry and exit of gas. The second end 8 of the rotor 1 has openings (hole 9) for the exit of gas. In the walls 10 of the rotor 1 there are holes 11 (slit-like, round or other shape) for gas to enter the inner cavity of the rotor 1, the walls of which are located approximately radially to the axis of rotation of the rotor.

Claims (5)

1. Устройство центробежное для очистки газов от пыли и капель жидкостей, содержащее создающий движение газа вентилятор, фланец, разделяющий между собой области грязного и очищенного газа, в котором выполнено отверстие для прохода газа, в которое установлен пустотелый ротор с возможностью свободного вращения и с уплотнением во фланце, торец и стенки ротора, установленные в области очищенного газа, имеют одно или более отверстие для прохода газа, другой торец ротора в области грязного газа имеет дно, препятствующее проходу газа, отличающееся тем, что в стенках ротора выполнены протяженные щели или отверстия, расположенные радиально к оси вращения ротора.1. A centrifugal device for cleaning gases from dust and droplets of liquids, containing a gas-generating fan, a flange that separates the dirty and purified gas regions, in which a gas passage is made, into which a hollow rotor is installed with the possibility of free rotation and with sealing in the flange, the end face and the walls of the rotor installed in the region of the cleaned gas have one or more openings for the passage of gas, the other end face of the rotor in the area of the dirty gas has a bottom that prevents the passage of gas, different I mean that in the walls of the rotor are made extended slots or holes located radially to the axis of rotation of the rotor. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что щели или отверстия имеют криволинейную или зигзагообразную форму в радиальном направлении.2. The device according to claim 1, characterized in that the slots or holes have a curved or zigzag shape in the radial direction. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ротор установлен во фланец в подшипнике.3. The device according to claim 1, characterized in that the rotor is mounted in a flange in the bearing. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве уплотнения используется создание повышенного давления в подшипнике.4. The device according to claim 1, characterized in that as the seal is used to create increased pressure in the bearing. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ротор установлен во фланец в газовом подшипнике, выполняющем одновременно функцию уплотнения между областями грязного и очищенного газа. 5. The device according to claim 1, characterized in that the rotor is mounted in a flange in a gas bearing, which simultaneously performs the sealing function between the areas of dirty and purified gas.

Images