Фильтровальная перегородка

 

Использование: для тонкой очистки газов от твердых частиц при малых потерях давления и затратах энергии. В фильтровальной перегородке с отверстиями диаметра, перемычками между отверстиями с постоянной или увеличивающейся от входа к выходу площадью проходного сечения отверстий с коридорным или шахматным расположением под углом, равным или меньшим 90^o к фронтальной поверхности фильтровальной перегородки, поверхности перемычек между отверстиями наклонены к поверхности перегородки под углом в сторону движения фильтруемой среды вдоль перегородки, приведенным в описании изобретения. 5 ил.

Изобретение относится к области фильтровальной техники и может быть использовано в самоочищающихся воздушных фильтрах транспортных газотурбинных двигателей (ГТД), а также в других областях техники промышленности, энергетики и народного хозяйства, где требуется тонкая очистка газов от твердых частиц при малых потерях давления и затратах энергии.

Известна фильтровальная перегородка с прямоугольными отверстиями шириной 30 мкм, длиной 400 мкм, с шахматным расположением, с прямоугольными перемычками между отверстиями, с постоянной площадью проходного сечения. Коэффициент живого сечения такой фильтровальной перегородки достигает 0,65, благодаря чему она имеет низкое гидравлическое сопротивление [1] Однако при размерах отверстий меньших 20 мкм такие фильтровальные перегородки регенерируются с большим трудом [2] так как в каналах-отверстиях постоянного сечения сильно заклиниваются твердые частицы. Аналогичные фильтровальные перегородки с шириной отверстий 3-5 мкм почти полностью пропускают частицы с меньшими размерами, которые, в основном, образуют осадки на лопатках и в теплообменных аппаратах, ГТД, выводящие их из действия и снижающие их экономичность и эффективность.

Известна фильтровальная перегородка с прямоугольными отверстиями, у которых площадь проходного сечения увеличивается от входа к выходу [3] Расширяющиеся каналы-отверстия исключают заклинивание в них твердых частиц и, будучи диффузорами, восстанавливают давление и этим снижают гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки. Однако высокий пропуск мелких частиц является основным недостатком фильтровальных перегородок и с расширяющимися каналами-отверстиями.

Пропуск мелких частиц в молекулярных фильтровальных перегородках уменьшают, выполняя отверстия под углом к фронтальной стороне фильтровальной перегородки [4] т. е. отверстия наклоняют в сторону движения фильтруемой среды, что и принято за прототип. В этом случае во время поворота запыленного газа вокруг острой кромки на входе в отверстие центробежная сила отбрасывает меньшую часть мелких частиц на поверхность перемычки между отверстиями, а большую часть на поверхность отверстия-канала, который постепенно закупоривается на входе осажденными мелкими частицами. Это резко повышает гидравлическое сопротивление и приводит к прекращению очистки. Этот существенный недостаток обусловлен тем, что острая кромка отверстия и поверхность перемычек лежат в плоскости фронтальной стороны фильтровальной перегородки.

Цель изобретения повышение эффективности задержания мелких частиц фильтровальной перегородкой, особенно в случае высокого коэффициента живого сечения без закупорки ими отверстий.

Указанная цель достигается тем, что фильтровальная перегородка с отверстиями наибольшего поперечного размера (диаметра) а и перемычками между отверстиями, с постоянной или увеличивающейся от входа к выходу площадью проходного сечения отверстий, расположенных в коридорном или шахматном порядке под углом α=90^о или α<90<SUP>о arctg для α=90^о, где d ширина перемычки, или β arctg для α<90<SUP>o в обоих случаях обеспечивают такое расположение острой кромки отверстий и лицевой поверхности перемычек между ними относительно фронтальной поверхности фильтровальной перегородки, при котором центробежная сила, возникающая и действующая на частицы во время поворота запыленного газа вокруг острой кромки на входе в отверстие, выбрасывает большую часть мелких частиц на наклонную поверхность перемычек, которая удерживает их на себе от дальнейшего проникновения в отверстие. Благодаря этому многократно снижается коэффициент пропуска мелких частиц, повышается эффективность как фильтровальной перегородки, так и ГТД при работе в запыленной атмосфере.

На фиг.1 представлена фильтровальная перегородка с прямоугольными отверстиями, расположенными в коридорном порядке; на фиг.2 то же, с шахматным расположением прямоугольных отверстий; на фиг.3 перегородка с перпендикулярными расширяющимися отверстиями и наклонной лицевой поверхностью перемычек, разрез; на фиг.4 то же, с наклонными отверстиями с постоянным проходным сечением; на фиг.5 то же, с наклонными расширяющимися отверстиями и перемычками с наклонной лицевой поверхностью.

Траектории частиц изображены тонкими, а траектории струек газа толстыми линиями. Направление движения показано стрелками.

Фильтровальная перегородка содержит продольные перемычки 1, между которыми расположены ряды прямоугольных отверстий 2, которые отделены друг от друга перемычками 3, причем лицевая поверхность перемычек 3 и отверстия 2 наклонены к фронтальной плоскости фильтровальной перегородки под углами α и β.

Запыленная среда натекает на фронтальную поверхность фильтровальной перегородки и под действием разницы давлений перед и за перегородкой устремляется в отверстие 2, при этом происходит крутой поворот вокруг кромок 4 наклонных перемычек 3. Твердые частицы сепарируются центробежной силой на наклонную поверхность соседней перемычки 3. Благодаря этому существенно уменьшается количество частиц, пропущенных через отверстия 2. Расширяющиеся отверстия 2 от входа к выходу исключают застревание частиц внутри них.

При отсутствии наклона у лицевой поверхности перемычек (фиг.4) центробежная сила, действующая на мелкие частицы, изображенные в виде точек, во время поворота вокруг острой кромки, отбрасывает их в основном на стенку отверстия. В случае наклона лицевой поверхности перемычек под углом β (фиг.3 и 4) большая часть мелких частиц отбрасывается центробежной силой на наклонную лицевую поверхность перемычки.

При α 90^о (фиг.3) tgβh/d. Так как в подобных треугольниках со взаимно перпендикулярными сторонами h²=a ˙d и h то после подстанов- ки получим: tgβ и β arctg где h высота выступающей кромки.

При α <90<SUP>о=h/(e+d), e=h/tgα h=g cosα g=a ˙sinα где g ширина суженного отверстия, е проекция выступающей кромки на фронтальную поверхность.

После подстановки получим: tgβ β arctg Выполнение перемычек с наклоном их лицевой поверхности под указанным углом позволяет снизить пропуск мелких частиц в несколько раз и обеспечить требуемую (99,98%) очистку воздуха от пыли в самоочищающихся воздушных фильтрах транспортных ГТД при малом гидравлическом сопротивлении и высокой регенерации фильтровальной перегородки и таким образом существенно повысить эффективность ГТД при эксплуатации их в запыленной атмосфере.

Формула изобретения

ФИЛЬТРОВАЛЬНАЯ ПЕРЕГОРОДКА с отверстиями с постоянной или увеличивающейся от входа к выходу площадью проходного сечения отверстий с коридорным или шахматным расположением под углом α ≅ 90° к фронтальной поверхности фильтровальной перегородки в направлении движения фильтруемой среды вдоль перегородки, отличающаяся тем, что перемычки между отверстиями выполнены с наклоном их лицевой поверхности к фронтальной поверхности перегородки под углом


где a - наибольший поперечный размер отверстия;
d - ширина перемычки между отверстиями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5