Устройство для пылеулавливания

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при пылеулавливании в других отраслях. Сущность изобретения: устройство включает вихревой аппарат, цилиндрический циклон, пылеприемный зонт, бункера сбора пыли, вентилятор с тангенциальным патрубком подвода атмосферного воздуха в верхнюю часть корпуса вихревого аппарата. Новым в устройстве являются дополнительные патрубок и бункер сбора пыли на вихревом аппарате и соотношение диаметров корпусов вихревого аппарата и цилиндрического циклона как 1 : (0,5 - 0,6). 1 ил.

Изобретение относится к горному делу, в частности к пылеулавливанию при бурении, дроблении горных пород, и может быть использовано в других отраслях, где необходима очистка воздуха от полидисперсной минеральной пыли.

Известно устройство для сухого пылеулавливания при термическом бурении, включающее корпус вихревого аппарата, входной и выходной патрубки и бункер сбора пыли, которое снабжено вентилятором с патрубками подвода атмосферного воздуха, при этом входной и выходной патрубки расположены вдоль оси корпуса, а патрубки подвода атмосферного воздуха установлены тангенциально - один в верхней части корпуса, а другой - на входном патрубке, который может быть снабжен кольцевой камерой на уровне ввода тангенциального патрубка.

Недостатком этого устройства является первичная закрутка газопылевого высокотемпературного потока подачей атмосферного воздуха во входной патрубок, что влечет за собой увеличение общего расхода газа через устройство, следовательно, рост его размеров и металлоемкости.

Наиболее близким по существу решаемой задачи и достигаемому эффекту является устройство для сухого пылеулавливания при термическом бурении, включающее корпус вихревого аппарата, входной и выходной патрубки которого размещены вдоль его вертикальной оси, вентилятор с тангенциальным патрубком подвода атмосферного воздуха в верхнюю часть корпуса, пылеприемный зонт и бункер сбора пыли, которое снабжено цилиндрическим циклоном, выходной патрубок которого совмещен с входным патрубком корпуса вихревого аппарата, при этом входной патрубок цилиндрического циклона сообщен с полостью пылеприемного зонта, а диаметр выходного патрубка цилиндрического циклона составляет 0,6-0,8 диаметра его корпуса, кроме того, оно снабжено дополнительным бункером сбора, герметично прикрепленным к нижней части корпуса цилиндрического циклона. Совмещение в одном устройстве циклона и вихревого аппарата повышает улавливающую способность последнего на 15-20%.

Недостатком этого устройства является потеря закрутки в переходном патрубке между циклоном и вихревым аппаратом ввиду его большой длины и скопления пыли у этого патрубка при транспортировании уловленной пыли в бункер.

Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства и уменьшение его металлоемкости за счет улучшения компоновки агрегатов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для сухого пылеулавливания, включающем вихревой аппарат, цилиндрический циклон, пылеприемный зонт, бункера сбора пыли, вентилятор с тангенциальным патрубком подвода атмосферного воздуха в верхнюю часть корпуса вихревого аппарата, входной патрубок которого совмещен с выходным патрубком цилиндрического циклона, а входной патрубок цилиндрического циклона сообщен с полостью пылеприемного зонта, согласно изобретению вихревой аппарат снабжен дополнительными патрубком и бункером сбора пыли, а диаметр корпуса цилиндрического циклона составляет 0,5-0,6 диаметра корпуса вихревого аппарата.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

На пылеприемном зонте 1 установлен вентилятор 2 с тангенциальным патрубком 3 для подвода атмосферного воздуха в верхнюю часть корпуса 4 вихревого аппарата 5. Вихревой аппарат 5 снабжен патрубком 6 для транспорта самотеком уловленной пыли в бункер 7 сбора пыли, дополнительным патрубком 8 и дополнительным бункером 9 сбора пыли. Входной патрубок 10 цилиндрического циклона 11 сообщен с полостью пылеприемного зонта 1, к нижней части корпуса 12 циклона 11 герметично прикреплен бункер 13 сбора пыли. Выходной патрубок 14 циклона 11 совмещен с входным патрубком 15 вихревого аппарата 5 и размещен на одной вертикальной оси с выходным патрубком 16 вихревого аппарата 5.

Устройство для сухого пылеулавливания работает следующим образом.

Воздушно-пылевой поток с полидисперсной пылью из полости пылеприемного зонта 1 поступает по входному патрубку 10 в цилиндрический циклон 11, в котором поток закручивается за счет тангенциального ввода, и крупные фракции пыли оседают по стенкам цилиндрического циклона 11 в бункер 13 сбора пыли, герметично прикрепленный к нижней части корпуса 12 циклона 11. Закрученный воздушно-пылевой поток с тонкодисперсной пылью через выходной патрубок 14 циклона 11, совмещенный с входным патрубком 15, поступает в корпус последнего. Здесь он взаимодействует с чистым атмосферным воздухом, спутно закрученным тангенциальным патрубком 3 от вентилятора 2 в верхней части корпуса 4 и получает дополнительное ускорение вращения. Наличие вращающейся линзы чистого воздуха у выходного патрубка 16 дополнительно способствует повышению улавливающей способности вихревого аппарата. Сепарированная на стенки вихревого аппарата 5 тонкодисперсная пыль через патрубки 6 и 8 поступает в бункера 7 и 9 сбора пыли, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу.

Установка на вихревом аппарате дополнительных патрубка и бункера сбора пыли позволили примерно на 40% сократить длину выходного патрубка цилиндрического циклона, совмещенного с входным патрубком вихревого аппарата. Это повышает компактность устройства, сокращает путь закрученного в цилиндрическом циклоне воздушно-пылевого потока с тонкодисперсной пылью и сохраняет таким образом высокую степень его закрутки. Кроме того, исключается налипание пыли на патрубки 14 и 15 при движении ее по наклонной плоскости к патрубкам 6 и 8.

Соотношение размеров корпусов вихревого аппарата и цилиндрического циклона найдено расчетом из следующих условий.

Оптимальное соотношение режимно-конструктивных параметров устройства обеспечивает его работу с минимальным сопротивлением, поскольку перепад давления газового потока, проходящего через устройство (Δ Р), является важнейшей характеристикой циклонно-вихревых камер. Его можно представить следующим образом: Δ P = Δ P_ц + Δ Р_ст, (1) где Δ Р_ц - перепад давления из-за действия центробежных сил на поток газа; Δ Р_ст - перепад давления при струйном движении газа в том же аппарате.

Учитывая, что Р_ц. >> Р_ст., оценим влияние режимно-конструктивных параметров вихревой камеры на ее сопротивление.

Пусть через тангенциальный шлиц площадью сечения (а х b) поступает секундный расход газа со скоростью V_вх, тогда среднюю скорость по периферии камеры можно представить в виде v_уп = = , (2) где L_к - длина камеры; δ = R_к - r_п - толщина периферийной зоны потока; R_к - радиус корпуса камеры; r_п - радиус выходного патрубка.

На отрезке от R_к до r_п вращение квазипотенциальное, поэтому можно найти значение тангенциальной составляющей V_y в циклонной камере на радиусе пережима r_п: V_уп = К ˙V_вх ˙R_к/r_п, (3) где К - коэффициент изменения скорости в сравнении с потенциальным вращением.

Масса закрученного в квазипотенциальной области газа можно представить в виде m = ρπ L_к(R_к² - r_п²), (4) где ρ - плотность газа.

Тогда давление от центробежных сил можно выразить Δ P = = , (5) где а_ц.б. = V.

В аппарате ВЗП взаимодействуют два закрученных потока, соотношение расходов их
+ = 1, где = ; = - безразмерные секундные расходы газа через каждый ввод: - от циклона, - от вентилятора.

Сопротивление устройства в целом составляет
Р = Р₁ + Р₂, где Р₁ - сопротивление циклона;
Р₂ - часть сопротивления аппарата ВЗП, соответствующая расходу V₂. Тогда, согласно уравнению (5):
ΔP = + . (6)
Экспериментально установлено изменение сопротивления аппаратов ВЗП в зависимости от режимно-конструктивных параметров. Взаимосвязь этих параметров с минимальным сопротивлением определяется из условий нулевого значения производной уравнения
Δ Р' = f(V₁, r_п и т.д.)' = 0
= , где А = ;
В = .

Очевидно, что при равенстве конструктивных параметров циклона и аппарата ВЗП (А = В), минимум перепада давлений соответствует значению безразмерного расхода газа
= = 0,5 = = .

Уравнение (6) дает возможность рассчитать соотношение конструктивно-режимных параметров системы циклон - ВЗП для работы при минимальных сопротивлениях, следовательно, при минимальных энергозатратах.

Из формул (2) и (5) следует, что улавливающая способность прямо пропорциональна квадрату входной скорости, формирующей закрученный поток, и обратно пропорциональна линейным размерам устройства. Следовательно, есть оптимальный интервал размеров циклонно-вихревых устройств, что и подтверждено экспериментально. Уменьшение длины аппарата ниже оптимальной снижает улавливающую способность ввиду отвода дисперсного материала из основного закрученного потока газа.

Для циклона минимальная безразмерная длина: = L_ц/D_ц = 2.

Для аппаратов ВЗП: = L_к/D_к = 3.

Существуют и ограничения по величине скорости для циклона и аппарата ВЗП. Согласно формуле (5) улавливающая способность пропорциональна квадрату входной скорости, но сопротивление аппарата в той же зависимости от этого параметра возрастает. Однако с возрастанием скорости потока, проходящего через аппарат, увеличивается турбулентная вязкость потока и частицы начинают выноситься из аппарата. Экспериментальными исследованиями установлено, что оптимальная величина среднерасходной скорости V_cp через поперечное сечение аппарата ВЗП 7-10 м/c у циклона в 2 раза больше. Исходя из этих рекомендаций, определим площади сечения циклона и аппарата ВЗП при секундном расходе газа через циклон . Площадь сечения циклона будет равна
S_ц = π D_ц²/4 = /V_cp, тогда радиус аппарата будет
R_ц = .

Учитывая, что в ВЗП есть дополнительный подвод чистого воздуха , расход через аппарат ВЗП будет
+=(1,5÷2). Тогда минимальная площадь сечения аппарата ВЗП
S_ВЗП = π R_к² = 1,5 /V_cp или радиус
R_ВЗП = = . Взяв отношение минимального радиуса аппарата ВЗП к радиусу циклона получим
R_ВЗП/R_ц = = 1,7, а отношение максимального радиуса
R_ВЗП/R_ц = = 2 или
R_ВЗП/R_ц = 1:(0,5÷0,6).

Таким образом, установка в вихревом аппарате дополнительных патрубка и бункера сбора пыли повышает компактность и надежность работы устройства, а уменьшение диаметра цилиндрического циклона до 0,5-0,6 диаметра вихревого аппарата снижает металлоемкость устройства для сухого пылеулавливания при сохранении высокой улавливающей способности.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ, включающее последовательно установленные вихревой аппарат, цилиндрический циклон, пылеприемный зонт, бункер сбора пыли, вентилятор с тангенциальным патрубком подвода атмосферного воздуха в верхнюю часть корпуса вихревого аппарата, входной патрубок которого совмещен с выходным патрубком цилиндрического циклона, а входной патрубок цилиндрического циклона сообщен с полостью пылеприемного зонта, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства и уменьшения его металлоемкости за счет улучшения компоновки агрегатов, оно снабжено дополнительным бункером, а вихревой аппарат снабжен дополнительным патрубком отвода пыли, сообщенным с дополнительным бункером, при этом диаметр корпуса цилиндрического циклона составляет 0,5-0,6 диаметра корпуса вихревого аппарата.

РИСУНКИ

Рисунок 1