RU2122887C1

RU2122887C1 - Vortex dynamic separator

Info

Publication number: RU2122887C1
Application number: RU97109216A
Authority: RU
Inventors: А.А. Черников
Original assignee: Черников Арнольд Александрович
Priority date: 1997-06-03
Filing date: 1997-06-03
Publication date: 1998-12-10

Abstract

FIELD: separation of multi-component mixtures; separation of fluid media carrying gaseous, liquid and solid particles. SUBSTANCE: device has housing where separator and mixture discharge pipe are mounted. Separator consists of grid made from coaxial rings with vortex-forming profile of section. Separator consists of at least two sections. Each section includes grid of similar rings, outlet confuser and central body. Each central body extends in way of flow inside grid of rings and is narrowed inside confuser. EFFECT: extended range of working parameters of separable media: density of components, sizes of particles, temperature and pressure of carrier medium. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области разделения многокомпонентных сред и, в частности, к устройствам для разделения газовых или жидкостных смесей, содержащих газовые, жидкостные или твердые компоненты различной плотности. The invention relates to the field of separation of multicomponent media and, in particular, to devices for separating gas or liquid mixtures containing gas, liquid or solid components of different densities.

Процессы разделения разнородных сред на компоненты находят широкое применение, например, в горноперерабатывающей промышленности, при производстве стройматериалов, при очистке промышленных газовыбросов и стоков от загрязнений, в химической технологии и др. The processes of separating dissimilar media into components are widely used, for example, in the mining industry, in the production of building materials, in the purification of industrial gas emissions and effluents from pollution, in chemical technology, etc.

Известно применение для разделения сред инерционного пылеочистителя, см. книгу Батурина В.В. "Основы промышленной вентиляции", М.: 1949 г. с. 262. В нем отделение пыли от воздуха происходит при протекании запыленного воздуха через сужающуюся решетку, состоящую из усеченных конических колец. Known application for the separation of media inertial dust cleaner, see the book Baturin V.V. "Fundamentals of industrial ventilation", Moscow: 1949 262. In it, the separation of dust from air occurs when dusty air flows through a tapering lattice consisting of truncated conical rings.

Известно также " Воздухоочистительное устройство", см, а.с. СССР N 1018692, в котором каждое разделительное кольцо решетки в сечении имеет форму, сходную с передней частью крылового профиля. Указанное устройство при очистке воздуха от частиц пыли размером 140-180 мкм обеспечивало эффективность 98%. Каждое кольцо решетки имеет в сечении наружную нерабочую, внутреннюю рабочую и заднюю торцевую поверхности. It is also known "Air-cleaning device", cm, and.with. USSR N 1018692, in which each dividing ring of the lattice in cross section has a shape similar to the front of the wing profile. The specified device when cleaning air from dust particles with a size of 140-180 microns provided an efficiency of 98%. Each lattice ring has a cross section of an outer idle, inner working and rear end surface.

При этом внутренняя и задняя поверхности сопрягаются скруглением с радиусом, соизмеримым с размерами элементов решетки. Это скругление рассчитано на инерционное отбрасывание частиц при повороте потока при безотрывном обтекании кольца запыленной средой. Однако частицы, попавшие в пристеночный пограничный слой среды, имеют небольшую скорость и благодаря этому не отбрасываются при повороте потока, а вместе с пристеночным слоем проходят в полость очищенного воздуха. In this case, the inner and rear surfaces are mated with a rounding with a radius commensurate with the dimensions of the lattice elements. This rounding is designed for inertial dropping of particles during flow rotation during continuous flow around a ring with a dusty medium. However, particles that have fallen into the parietal boundary layer of the medium have a low speed and, therefore, are not discarded when the flow is turned, and together with the parietal layer pass into the cavity of the purified air.

Известны инерционные разделители с решетками иной формы. Inertial separators with gratings of a different shape are known.

Так, известен "Инерционный воздухоочиститель", см. а.с. СССР N 1039054, в котором основной поток воздуха проходит через разделительную решетку с поворотом на 90^o. При этом выходной поток не сохраняет симметрии относительно входного потока. Это создает неодинаковые условия для обтекания элементов решетки и приводит к проскоку частиц при обтекании элементов с меньшими скоростями. Вместе с тем в указанном устройстве также применяется низкоэффективное скругление рабочей и задней поверхностей элементов решетки.So, the "Inertial air purifier" is known, see.with. USSR N 1039054, in which the main air flow passes through the separation grid with a rotation of 90 ^o . In this case, the output stream does not maintain symmetry with respect to the input stream. This creates unequal conditions for the flow around the lattice elements and leads to the passage of particles during the flow around the elements with lower speeds. However, the specified device also uses a low-efficiency rounding of the working and rear surfaces of the lattice elements.

Более совершенным устройством является "Устройство ..." по патенту СССР N 1804340, кл. B 01 D 45/04. Указанный инерционный разделитель имеет коническую решетку, симметричную относительно оси основного потока и отличающуюся кроме всего тем, что каждое кольцо решетки выполнено с заостренной кромкой между рабочей и задней поверхностью. Это придает устройству принципиально новое качество. За острыми кромками колец организуется срыв потока, в результате чего на задней поверхности колей возбуждаются тороидальные, кольцевые вихри. Эти вихри, имея высокую скорость на внешнем диаметре и малый радиус, развивают высокие центробежные ускорения у обтекающих их частиц. Благодаря этому даже малые частицы отбрасываются в центр основного потока, не попадая в полость очищенной среды. В соответствии с этим указанное устройство имеет повышенную эффективность очистки запыленной среды от тонких частиц пыли. A more perfect device is the "Device ..." according to the USSR patent N 1804340, class. B 01 D 45/04. The specified inertial separator has a conical lattice symmetrical about the axis of the main flow and characterized in addition by the fact that each ring of the lattice is made with a pointed edge between the working and rear surfaces. This gives the device a fundamentally new quality. Behind the sharp edges of the rings a stall is organized, as a result of which toroidal, annular vortices are excited on the rear surface of the ruts. These vortices, having high speed on the outer diameter and small radius, develop high centrifugal accelerations in the particles flowing around them. Due to this, even small particles are thrown into the center of the main stream without getting into the cavity of the purified medium. In accordance with this, the specified device has an increased efficiency of cleaning a dusty environment from fine dust particles.

Описанное устройство можно отнести к виду вихрединамических разделителей, которые в последнее время ускорено развиваются, см., например, патент США N 5221305, B 01 D 45/00, 1993. The described device can be attributed to the type of vortex-dynamic separators, which have recently been accelerated to develop, see, for example, US patent N 5221305, B 01 D 45/00, 1993.

Указанное устройство принято за прототип предлагаемого. The specified device is taken as a prototype of the proposed.

Однако анализ известного устройства обнаруживает его конструктивный недостаток. Ряд соосных колец решетки содержит значительное число неодинаковых элементов. Это намного расширяет номенклатуру применяемых деталей и усложняет производство аппаратов, снижает точность исполнения и установки элементов решетки. However, analysis of the known device reveals its design flaw. A number of coaxial rings of the lattice contains a significant number of unequal elements. This greatly expands the range of used parts and complicates the production of apparatus, reduces the accuracy of execution and installation of lattice elements.

Предлагаемое устройство позволяет существенно упростить и облегчить его исполнение без ухудшения элементов рабочего процесса и показателей качества аппарата. The proposed device can significantly simplify and facilitate its implementation without compromising the elements of the workflow and quality indicators of the apparatus.

Вихрединамический разделитель, как и его прототип, включает цилиндрический корпус и установленные в нем по оси потока разделитель, состоящий из решетки соосных колей с вихреобразующим профилем сечения, и трубу отвода смеси с выхода разделителя. The vortex dynamic separator, like its prototype, includes a cylindrical body and a separator installed in it along the flow axis, consisting of a coaxial grating with a vortex-forming section profile, and a mixture discharge pipe from the separator outlet.

Предложенное устройство отличается от известных тем, что разделитель выполнен в виде, по крайней мере, двух секций, каждая из которых состоит из решетки одинаковых колец, выходного конфузора и центрального тела, расширяющегося по потоку внутри решетки и сужающегося внутри конфузора. The proposed device differs from the known ones in that the separator is made in the form of at least two sections, each of which consists of a lattice of identical rings, an output confuser and a central body expanding in the flow inside the lattice and tapering inside the confuser.

Предложенный разделитель позволяет ограничить номенклатуру рабочих колец решетки и при этом сохранить структуру вихревого обтекания колец многокомпонентной средой за счет поддержания одинаковой по величине и направлению скорости потока на входе в каждое кольцо. При переходе потока из одной секции в последующую скорость потока устанавливается поджатием конфузора равной, меньшей или большей скорости в предыдущей секции в зависимости от параметров решетки последующей секции. Поддержание заданной скорости потока в каждой секции обеспечивается соответствующим профилированием центрального тела внутри решетки. The proposed separator allows you to limit the nomenclature of the working rings of the lattice and at the same time maintain the structure of the vortex flow around the rings with a multicomponent medium by maintaining the flow velocity at the entrance to each ring of the same magnitude and direction. When the flow moves from one section to the next, the flow rate is set by compressing the confuser to equal, lower or higher speeds in the previous section, depending on the lattice parameters of the subsequent section. Maintaining a given flow rate in each section is ensured by the corresponding profiling of the central body inside the lattice.

Изменение скорости между секциями обеспечивается соответствующим профилированием центрального тела внутри конфузора. The change in speed between sections is provided by the corresponding profiling of the central body inside the confuser.

Применение секционирования разделителя позволяет пропустить через него значительные расходы рабочей среды при сохранении оптимальных условий течения в каждой секции. При этом применение последней секции позволяет ограничить ее диаметр и размер межкольцевых щелей на выходном участке разделителя, где концентрация загрязнений максимальна и из-за этого велика вероятность проскока частиц в полость очищенной среды. Для этой же цели в последней секции может быть уменьшен шаг решетки, увеличена скорость потока среды или применен более эффективный профиль колец. The use of a separator section allows passing through it significant expenses of the working medium while maintaining optimal flow conditions in each section. In this case, the use of the last section makes it possible to limit its diameter and the size of the inter-annular slits at the output section of the separator, where the concentration of contaminants is maximum and because of this, the probability of particle leakage into the cavity of the purified medium is high. For the same purpose, the lattice pitch can be reduced in the last section, the medium flow rate can be increased, or a more efficient ring profile can be applied.

Таким образом предложенный вихрединамический разделитель, отличаясь от известных большей простотой, позволяет одновременно оптимизировать рабочий процесс устройства в каждой его секции. Thus, the proposed vortex dynamic separator, differing from the known greater simplicity, allows you to simultaneously optimize the workflow of the device in each section.

Пример выполнения предложенного устройства приведен ниже. На фиг. 1 показан общий вид устройства, а на фиг. 2 укрупненно показаны в сечении кольца решетки разделителя. An example of the proposed device is given below. In FIG. 1 shows a general view of the device, and in FIG. 2 are enlarged in cross section through the ring of the spacer grille.

Вихрединамический разделитель, показанный на фиг. 1, служит для обеспыливания шахтного воздуха. Он состоит из цилиндрического корпуса 1, входного конфузора 2, разделителя 3 и трубы отвода пыли 4. Разделитель 3 состоит из двух секций: первой 5 и второй 6. В каждую секцию входят решетки 7 и 8, состоящие из одинаковых колец 9 и 10, конфузоры 11 и 12 и центральные тела 13 и 14. The vortex separator shown in FIG. 1, serves to dedust mine air. It consists of a cylindrical body 1, an inlet confuser 2, a separator 3 and a dust extraction pipe 4. The separator 3 consists of two sections: the first 5 and second 6. Each section includes grilles 7 and 8, consisting of identical rings 9 and 10, confusers 11 and 12 and central bodies 13 and 14.

Каждая из решеток 7 и 8 закреплена на четырех пилонах 15 и 16, соединенных бандажами 17 и 18. Кольца 9 и 10 прикреплены к циклонам 15 и 16 кольцами 19 и 20. Пилоны скреплены между собой болтами 21. Конфузоры 11 и 12 присоединены к последним кольцам решеток 7 и 8 с помощью болтов 22 и 23. На выходе конфузоров 2, 11 и 12 установлены крестовины 24, 25 и 26. В центральные втулки крестовины входят опорные цапфы центральных тел 13 и 14. Труба 4 сопрягается с выходным отверстием конфузора 12. Each of the gratings 7 and 8 is mounted on four pylons 15 and 16, connected by bands 17 and 18. The rings 9 and 10 are attached to the cyclones 15 and 16 by rings 19 and 20. The pylons are fastened together by bolts 21. The confusers 11 and 12 are attached to the last rings grilles 7 and 8 with bolts 22 and 23. At the outlet of the confusers 2, 11 and 12, crosspieces 24, 25 and 26 are installed. The central pivots of the crosspiece include the support pins of the central bodies 13 and 14. The pipe 4 is mated to the outlet of the confuser 12.

Кольца 9 и 10 имеют профилированную внутреннюю поверхность 27, торцевую заднюю - 28 и цилиндрическую наружную 29. Поверхности 27 и 28 встречаются под углом 90^o без скругления кромки в вершине угла.Rings 9 and 10 have a profiled inner surface 27, an end rear 28 and a cylindrical outer 29. Surfaces 27 and 28 meet at an angle of 90 ^° without rounding the edges at the apex of the corner.

Вихрединамический разделитель работает следующим образом. При подаче на вход корпуса 1 запыленного воздуха поток ускоряется в конфузоре 2 до расчетной скорости и проходит вдоль внутренней поверхности первого кольца 9. За задней кромкой кольца происходит отрыв потока и устанавливается газодинамический тороидальный вихрь 30. Часть воздуха обтекает вихрь, при этом частицы пыли отбрасываются центробежными силами в основной поток. Очищенный воздух поступает в зазор между кольцами 9 и направляется к выходу из корпуса 1. Основной поток попадает на поверхность следующего кольца 9 и процесс разделения повторяется. По мере уменьшения расхода воздуха в основном потоке увеличивается сечение центрального тела 13 так, что скорость основного потока не изменяется по длине решетки 7. При выходе части воздуха из решетки 7 его скорость изменяется до расчетного значения в конфузоре 11. При этой скорости в решетке 8 происходит отделение от основного потока очищенного воздуха так же, как в решетке 7. Vortex separator works as follows. When dusty air is supplied to the inlet of the housing 1, the flow accelerates in the confuser 2 to the design speed and passes along the inner surface of the first ring 9. A flow breaks off behind the trailing edge of the ring and a gas-dynamic toroidal vortex 30 is installed. Part of the air flows around the vortex, while dust particles are discarded by centrifugal forces into the main stream. The purified air enters the gap between the rings 9 and is sent to the exit from the housing 1. The main stream enters the surface of the next ring 9 and the separation process is repeated. As the air flow in the main stream decreases, the cross section of the central body 13 increases so that the speed of the main stream does not change along the length of the grate 7. When part of the air leaves the grate 7, its speed changes to the calculated value in the confuser 11. At this speed, the grate 8 separation from the main stream of purified air in the same way as in the grill 7.

В конце решетки 8 вся собранная пыль с частью воздуха через конфузор 12 поступает в трубу 4 и выводится из корпуса 1 для последующего разделения. Очищенный воздух отводится по оси корпуса 1. At the end of the grill 8, all the collected dust with part of the air through the confuser 12 enters the pipe 4 and is removed from the housing 1 for subsequent separation. The purified air is discharged along the axis of the housing 1.

Вихрединамический разделитель, предназначенный для отделения твердых частиц от жидкости, принципиально не отличается от описанного выше ни по устройству, ни по порядку работы. Предложенное устройство способно также разделять газожидкостные, газотвердожидкостные, жидкостно-газовые и другие смеси. При этом разделители не имеют принципиальных отличий от описанного. The vortex-dynamic separator, designed to separate solid particles from a liquid, does not fundamentally differ from the one described above in either the device or the order of operation. The proposed device is also able to separate gas-liquid, gas-solid-liquid, liquid-gas and other mixtures. In this case, the separators do not have fundamental differences from the described.

Предложенное устройство работоспособно в широком диапазоне рабочих параметров разделяемых смесей: плотностей компонентов, размеров частиц, температуры и давления несущей среды. The proposed device is operable in a wide range of operating parameters of the separated mixtures: component densities, particle sizes, temperature and pressure of the carrier medium.

Claims

Vortex separator for separating multicomponent mixtures containing a fluid gas or liquid medium and gas, liquid or solid components of various densities, including a cylindrical body and a separator installed in it along the flow axis, consisting of a lattice of coaxial rings with a vortex-forming section profile, and a mixture discharge pipe with separator output, characterized in that the separator is made in the form of at least two sections, each of which consists of a lattice of identical rings, an output confuser and a circuit tral body, expanding flow inside the lattice and the tapered inside converger.