RU152074U1

RU152074U1 - VORTEX SEPARATOR WITH SHOULDER DEVICE

Info

Publication number: RU152074U1
Application number: RU2013144687/05U
Authority: RU
Inventors: Борис Васильевич Овсянников; Сергей Дмитриевич Попов
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2015-04-27

Abstract

1. Вихревой сепаратор, содержащий цилиндрический корпус, лопаточный аппарат из композитных материалов с направляющими лопатками, конус с поясами тангенциальных прорезей с отбойными козырьками, окно в нижней части цилиндрического корпуса, соединенное с пылесборником, отличающийся тем, что верхняя часть профиля направляющих лопаток лопаточного аппарата имеет покрытие из активного диэлектрического материала, накапливающее электрический заряд при скоростном обтекании его воздушнопылевым потоком, обеспечивающий агломерацию частиц мелкой фракции.2. Вихревой сепаратор по п.1, отличающийся тем, что используют в качестве активного диэлектрического материала фторопласт-4.1. A vortex separator comprising a cylindrical body, a vane apparatus made of composite materials with guide vanes, a cone with belts of tangential slots with bumpers, a window in the lower part of the cylindrical body connected to a dust collector, characterized in that the upper part of the profile of the guide vanes of the vanes has a coating of active dielectric material, which accumulates an electric charge during high-speed flow around it with an air-dust flow, providing fine particle agglomeration fraction. 2. The vortex separator according to claim 1, characterized in that fluoroplast-4 is used as the active dielectric material.

Description

Заявляемое изобретение относится к области отделения диспергированных частиц от газов с использованием инерционных или центробежных сил и может быть использована в системах питания воздухом газотурбинных силовых установок судов и амфибийных аппаратов на воздушной подушке, а также систем питания воздухом энергетических установок с мощными двигателями внутреннего сгорания различных типов, используемых в составе стационарных и мобильных технологических объектов, работающих в условиях сильно загрязненного атмосферного воздуха.The claimed invention relates to the field of separation of dispersed particles from gases using inertial or centrifugal forces and can be used in air supply systems of gas turbine power plants of ships and amphibious air cushion devices, as well as air supply systems of power plants with powerful internal combustion engines of various types, used as part of stationary and mobile technological facilities operating in highly polluted atmospheric air.

Из технического уровня известен вихревой воздухоочиститель, который содержит корпус с откачивающей камерой с одним или несколькими сепарационными элементами, каждый из которых состоит из последовательно расположенных препаратов сепаратных патрубков с лопастными завихрителями и выходного патрубками. Плоские лопатки завихрителей установлены между сепарационными патрубками и дисками так, что их прямолинейные выходные кромки образуют внутренние полости гиперболоидов вращения и являются их прямолинейными образующими, Горловая окружность гиперболоида первого по ходу воздуха завихрителя располагается в плоскости диска или плоскости, параллельной диску и отстоящей от него внутрь завихрителя, а горловина окружности гиперболоида второго по ходу воздуха завихрителя располагается в плоскости диска или плоскости, параллельной диску и отстоящей от него навстречу потоку воздуха. Диск второго по ходу воздуха завихрителя с прикрепленными к нему лопатками выступает из сепарационного патрубка навстречу потоку воздуха внутрь первого сепарационного патрубка, а в стенке второго сепарационного патрубка перед началом прилегания к нему лопаток выполнены прямоугольные щели для, а отвода пристенного слоя воздуха с отсепарированными частицами в откачивающую камеру. Предложенное конструктивное решение повышает эффективность очистки и снижение гидравлического сопротивление [RU 2259862, B01D 45/12, B04C 3/00, дата публикации 0.09.2005].From a technical level, a vortex air purifier is known, which comprises a housing with a pumping chamber with one or more separation elements, each of which consists of sequentially arranged preparations of separate nozzles with vane swirlers and outlet nozzles. Flat blades of swirls are installed between the separation nozzles and disks so that their rectilinear output edges form the internal cavities of the hyperboloid of revolution and are their straightforward generators. The throat circumference of the hyperboloid of the first swirler along the air is in the plane of the disk or a plane parallel to the disk and spaced from it inside the swirl and the neck of the circle of the hyperboloid of the second swirler along the air is located in the plane of the disk or a plane parallel to the disk and from standing from him towards the stream of air. The disk of the second swirler along the air with the blades attached to it protrudes from the separation nozzle towards the air flow inside the first separation nozzle, and rectangular slots are made in the wall of the second separation nozzle before the blades adjoin, and the wall layer of air with separated particles is drained into the pumping unit the camera. The proposed constructive solution improves the cleaning efficiency and reduces the hydraulic resistance [RU 2259862, B01D 45/12, B04C 3/00, publication date 09/09/2005].

Недостатком устройства является сложность его конструктивного решения и принцип очистки на основе центробежных сил, которое не обеспечивает очистку от фракции мелких частиц.The disadvantage of this device is the complexity of its structural solution and the principle of cleaning based on centrifugal forces, which does not provide cleaning from the fraction of small particles.

Известен также инерционный сепаратор, содержащий трубчатый корпус, имеющий впускное отверстие на одном конце, выпускное отверстие на противоположном конце и центральный проход между ними, центральный проход имеет периферийный участок и центральный участок, отклоняющее устройство, соосно установленное в проходе. Отклоняющее устройство имеет множество разнесенных центрально объединенных лопастей, примыкающих к стенке прохода и расположенных под углом к линии потока воздуха от впускного отверстия к выпускному отверстию, чтобы создавать вихревой поток входящего воздуха центробежно концентрирующего частицы загрязняющего вещества в воздухе на периферии прохода и выходящего из воздуха в центре прохода, относительно свободного от частиц загрязняющего вещества, соосный выпускной элемент, расположенный внутри конца выпускного отверстия трубчатого корпуса. Выпускной элемент имеет впускное отверстие на одном конце выпускное отверстие на противоположном конце и центральный проход между ними для подачи чистого воздуха из центрального участка центрального прохода трубчатого корпуса, причем конец впускного отверстия выпускного элемента имеет меньший диаметр, чем центральный проход трубчатого корпуса, в котором трубчатый корпус и отклоняющее устройство каждый содержит композицию, содержащую полимер, выбранный из группы, состоящей из сополимера циклоолефина и полимера циклоолефина, и многогранный олигомерный силсескви-оксан, и/или антипирен. и/или антистатическую добавку. Матрица инерционного сепаратора содержит два или более указанных сепараторов [RU 2008138457, F01N 3/037, дата публикации 10.04.2010 г].An inertial separator is also known, comprising a tubular body having an inlet at one end, an outlet at the opposite end and a central passage between them, the central passage having a peripheral section and a central section deflecting device coaxially mounted in the passage. The deflecting device has a plurality of spaced apart centrally connected vanes adjacent to the passage wall and arranged at an angle to the air flow line from the inlet to the outlet to create a vortex stream of incoming air centrifugally concentrating the pollutant particles in the air at the periphery of the passage and leaving the air in the center passage, relatively free from particles of contaminant, coaxial exhaust element located inside the end of the outlet of the tubular about the body. The outlet element has an inlet at one end of the outlet at the opposite end and a Central passage between them to supply clean air from the Central section of the Central passage of the tubular body, and the end of the inlet of the exhaust element has a smaller diameter than the Central passage of the tubular body, in which the tubular body and the deflecting device each contains a composition comprising a polymer selected from the group consisting of a copolymer of cycloolefin and a polymer of cycloolefin, and many ranny oligomeric silseskvi Oaks, and / or flame retardant. and / or antistatic additive. The matrix of the inertial separator contains two or more of these separators [RU 2008138457, F01N 3/037, publication date 10.04.2010 g].

Недостатком известного устройства является принцип очистки, заложенный в конструкции, сепарация на основе центробежных сил, которая не обеспечивает очистку от фракции мелких частиц.A disadvantage of the known device is the cleaning principle inherent in the design, separation based on centrifugal forces, which does not provide cleaning from the fraction of small particles.

Прототипом предлагаемого устройства является вихревой сепаратор с лопаточным аппаратом одноступенчатого воздухоочистителя инерционного типа для газотурбинного двигателя ГТД-1250. В воздухоочистителе установлены две батареи вихревых сепараторов (28 шт.), которые предназначены для очистки воздуха и отвода пыли в трассу, совмещенную с системой выпуска отработавших газов двигателя. Вихревой сепаратор включает корпус, в верхней части которого на шпильке установлена лопаточная розетка, обеспечивающая закручивание входящего в сепаратор воздушного потока. Под розеткой вдоль оси циклона установлен конус с тангенциальными прорезями для отвода очищенного воздуха. В нижней части корпуса циклона выполнено прямоугольное окно для отвода отсепарированной пыли в пылесборник. [Техническое описание и инструкция по эксплуатации танка Т-80Б, 1989 г.]The prototype of the proposed device is a vortex separator with a blade apparatus of a single-stage inertial-type air purifier for a gas turbine engine GTD-1250. The air purifier has two batteries of vortex separators (28 pcs.), Which are designed to purify the air and remove dust into the track, combined with the exhaust system of the engine. The vortex separator includes a housing, in the upper part of which a spatula is installed on the hairpin, which ensures twisting of the air flow entering the separator. A cone with tangential slots is installed under the outlet along the cyclone axis to remove purified air. A rectangular window is made in the lower part of the cyclone body to discharge the separated dust into a dust collector. [Technical description and instruction manual for the T-80B, 1989]

Недостатком прототипа является низкая эффективность сепарации, на которую центробежные силы оказывают недостаточное влияние и, вследствие этого, величина коэффициента пропуска пыли может достигать 2,4% и более, что приводит к интенсивному износу проточной части компрессора, лопаток турбины и снижению срока службы двигателя.The disadvantage of the prototype is the low separation efficiency, which is not sufficiently influenced by centrifugal forces and, as a result, the dust transmittance can reach 2.4% or more, which leads to intensive wear of the compressor flow path, turbine blades and a decrease in engine life.

Задачей изобретения является создание вихревого сепаратора с лопаточным аппаратом, обеспечивающего высокую степень очистки, включая мелкодисперсные примеси.The objective of the invention is the creation of a vortex separator with a vane apparatus, providing a high degree of purification, including finely divided impurities.

Технический результат, объективно проявляющийся при реализации устройства, является повышение степени очистки, включая частицы мелких фракций с размерами 5,0…30,0 мкм.The technical result, objectively manifested during the implementation of the device, is to increase the degree of purification, including particles of fine fractions with sizes of 5.0 ... 30.0 microns.

Решение указанной задачи и достижение технического результата стало возможным благодаря тому, то в вихревом сепараторе, содержащем цилиндрический корпус, лопаточный аппарат из композитных материалов с направляющими лопатками, конус с поясами тангенциальных прорезей с отбойными козырьками, с окном в нижней части цилиндрического корпуса, соединенным с пылесборником, верхняя часть профиля направляющих лопаток лопаточного аппарата имеет покрытие из активного диэлектрического материала накапливающего высокий электрический заряд за счет трения при скоростном обтекании диэлектрика воздушно-пылевым потоком, достаточный для агломерации частиц мелкой фракции.The solution of this problem and the achievement of the technical result was made possible due to the fact that in a vortex separator containing a cylindrical body, a blade apparatus made of composite materials with guide vanes, a cone with belts of tangential slots with fenders, with a window in the lower part of the cylindrical body connected to the dust collector , the upper part of the profile of the guide vanes of the blade apparatus has a coating of active dielectric material accumulating a high electric charge due to The friction during high-speed flow of the dielectric air-dust flow sufficient for agglomerating particles of fine fraction.

В отличие от ближайшего аналога в предлагаемом изобретении наряду с центробежным воздействием на воздушный поток для улавливания частиц дополнительно используется электростатический принцип улавливания частиц мелкой фракции от 5 до 30 мкм, построенном на способности покрытия верхней части профиля направляющих лопаток из активного диэлектрического материала, приобретать высокий электрический заряд при скоростном обтекании воздушно-пылевым потоком, достаточный для агломерации этих частиц.In contrast to the closest analogue, in the present invention, along with the centrifugal action on the air flow, to capture particles, the electrostatic principle of collecting fine particles from 5 to 30 μm, based on the ability to coat the upper part of the profile of guide vanes made of active dielectric material, acquires a high electric charge at high-speed flow around an air-dust stream, sufficient for agglomeration of these particles.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом, на котором показан вихревой сепаратор, включающий:The essence of the proposed device is illustrated in the drawing, which shows a vortex separator, including:

1 - цилиндрический корпус,1 - cylindrical body,

2 - лопаточный аппарат,2 - scapular apparatus,

3 - направляющие лопатки,3 - guide vanes,

4 - конус,4 - cone,

5, 6, 7 - пояса,5, 6, 7 - belts,

8 - тангенциальные прорези,8 - tangential slots,

9 - отбойные козырьки,9 - jack peaks,

10 - пылесборник,10 - dust collector,

11 - окно,11 is a window

12 - покрытие из активного диэлектрического материала12 - coating of active dielectric material

Заявляемый вихревой сепаратор состоит из цилиндрического корпуса 1. В верхней части корпуса установлен лопаточный аппарат 2 с профилированными направляющими лопатками 3. К лопаточному аппарату закреплен конус 4 с тремя последовательными поясами: пояс 5, пояс 6 и пояс 7, в которых выполнены тангенциальные прорези 8, которые сверху прикрывают отбойными козырьками 9. В нижней части корпуса 1 выполнено окно 11 для отвода пыли в пылесборник 10. Верхняя часть профиля направляющих лопаток 3 лопаточного аппарата 2 имеет покрытие 12 из активного диэлектрического материала, который приобретает высокий электрический заряд при скоростном обтекании воздушно пылевым потоком.The inventive vortex separator consists of a cylindrical housing 1. In the upper part of the housing there is a blade apparatus 2 with profiled guide vanes 3. A cone 4 with three successive belts is fixed to the blade apparatus: belt 5, belt 6 and belt 7, in which tangential slots 8 are made, which are covered from above with pick-up visors 9. In the lower part of the housing 1 there is a window 11 for removing dust into the dust collector 10. The upper part of the profile of the guide vanes 3 of the blade apparatus 2 has a coating 12 of active dielectric material, which acquires a high electric charge during high-speed flow around an air-dust stream.

Работа вихревого сепаратора происходит следующим образом.The operation of the vortex separator is as follows.

Очищаемый воздух подают в вихревой сепаратор, где он поступает в лопаточный аппарат 2. В лопаточном аппарате 2 загрязненный воздух закручивают профилирующими лопатками 3, которые формируют внутри корпуса 1 интенсивное вихревое движение. При этом частицы пыли крупной и средней фракций сразу закручиваются входящим в циклон вихревым потоком и сортируются в нем за счет центробежных сил. Однако для частиц пыли мелких фракций 5-15 мкм влияние инерционных сил не является определяющим. Они захватываются полем электростатического заряда и осаждаются на диэлектрическом покрытии 12 в виде агломератов из «слипшихся» частиц пыли. Далее сформированные агрегаты, аналогично частицам пыли крупной и мелкой фракций, захватываются центробежными силами вихревого движения, которые увлекают частицы пыли к внутренним стенкам корпуса 1. Воздух с высокой концентрацией пыли у внутренней стенки корпуса 1 в вихревом движении поступает к окну 11 и выносится из пылесборника 10 при помощи вентиляторов (на фиг. не показаны). Воздух, очищенный от пыли, в поступательном вихревом движении обтекает конус 4 и поступает в три пояса, а именно, в пояс 5, пояс 6 и пояс 7 через соответствующие тангенциальные прорези 8. Далее очищенный воздух через полое основание (на фиг. не показано) конуса 4 поступает на питание двигателя. Отбойные козырьки 9 над прорезями 8 предотвращают перехват крупных пылинок струями очищенного воздуха, поступающими через тангенциальные прорези 8.The cleaned air is fed into the vortex separator, where it enters the vane apparatus 2. In the vane apparatus 2, the contaminated air is swirling with profiling blades 3, which form an intense vortex movement inside the casing 1. In this case, dust particles of large and medium fractions are immediately twisted by the vortex stream entering the cyclone and sorted in it due to centrifugal forces. However, for dust particles of small fractions of 5-15 microns, the influence of inertial forces is not decisive. They are captured by the field of electrostatic charge and deposited on the dielectric coating 12 in the form of agglomerates of “sticking” dust particles. Further, the formed aggregates, similarly to dust particles of coarse and fine fractions, are captured by centrifugal forces of the vortex movement, which drag the dust particles to the inner walls of the housing 1. Air with a high concentration of dust near the inner wall of the housing 1 in a vortex movement enters the window 11 and is removed from the dust collector 10 using fans (not shown in FIG.). The dust-free air flows around the cone 4 in a swirling motion and enters three belts, namely, into belt 5, belt 6 and belt 7 through the corresponding tangential slots 8. Then, the purified air through the hollow base (not shown in Fig.) cone 4 is supplied to the motor. The bump visors 9 above the slots 8 prevent large dust particles from being intercepted by jets of purified air entering through the tangential slots 8.

Практическая применимость заявляемого изобретения показана на следующих примерах конкретного использования.The practical applicability of the claimed invention is shown in the following examples of specific use.

Пример 1. ПрототипExample 1. Prototype

В воздухоочистителе установлены две батареи вихревых сепараторов (28 шт.), которые предназначены для очистки воздуха и отвода пыли в трассу, совмещенную с системой выпуска отработавших газов двигателя.The air purifier has two batteries of vortex separators (28 pcs.), Which are designed to purify the air and remove dust into the track, combined with the exhaust system of the engine.

Воздухоочиститель изготовлен из листов алюминиевого сплава и тонколистовой нержавеющей стали.The air cleaner is made of aluminum alloy sheets and stainless steel sheets.

Гидравлическое сопротивление не превышает 300 мм вод. ст.Hydraulic resistance does not exceed 300 mm of water. Art.

Величина коэффициента пропуска пыли - 2% и более, что приводит к интенсивному износу проточной части компрессора, лопаток турбины и снижению срока службы двигателя.The dust transmittance is 2% or more, which leads to intensive wear of the compressor flow path, turbine blades and a decrease in engine life.

Пример 2.Example 2

На основе заявляемого изобретения изготовлен блок вихревых сепараторов 11935-07-0118СБ полностью выполненный из композиционных материалов.Based on the claimed invention, a block of vortex separators 11935-07-0118СБ is completely made of composite materials.

Лопатки блока выполнены из прессованного стеклопластикового композита АГ-4СThe blades of the block are made of pressed fiberglass composite AG-4C

Покрытие лопаток выполнено из активного диэлектрического материала фторопласт-4.The blade coating is made of active dielectric material fluoroplast-4.

Ширина покрытия равна радиусу лопатки.The width of the coating is equal to the radius of the blade.

Опытный образец блока вихревых сепараторов обладает повышенной способностью к очистке воздуха при заданных скоростях потока - степень очистки питающего воздуха от мелких фракций пыли с размерами 5…30 мкм составляет 98,2%.A prototype block of vortex separators has an increased ability to purify air at specified flow rates - the degree of purification of the supply air from fine dust fractions with sizes of 5 ... 30 microns is 98.2%.

Гидравлическое сопротивление опытного блока в области входной скорости 8 м/с не превышает 0.5 кПа, что в 2,0 раза ниже предельного требования по техническому заданию.The hydraulic resistance of the experimental unit in the area of the input speed of 8 m / s does not exceed 0.5 kPa, which is 2.0 times lower than the maximum requirement for the technical specifications.

Требование технического задания по максимально допустимому сопротивлению (не более 1 кПа при входной скорости 8 м/с) обеспечивается с большим запасом.The requirement of the technical specifications for the maximum allowable resistance (not more than 1 kPa at an input speed of 8 m / s) is provided with a large margin.

Как видно из приведенных примеров изобретение решает поставленную задачу и позволяет повысить степень очистки загрязненного воздуха по сравнению с прототипом.As can be seen from the above examples, the invention solves the problem and allows to increase the degree of purification of polluted air compared with the prototype.

Claims

1. A vortex separator comprising a cylindrical body, a vane apparatus made of composite materials with guide vanes, a cone with belts of tangential slots with bumpers, a window in the lower part of the cylindrical body connected to a dust collector, characterized in that the upper part of the profile of the guide vanes of the vanes has a coating of active dielectric material, which accumulates an electric charge during high-speed flow around it with an air-dust flow, providing fine particle agglomeration oh fraction.

2. The vortex separator according to claim 1, characterized in that fluoroplast-4 is used as the active dielectric material.