Эжекторный воздухоочиститель и форсунка для него
Изобретения относятся к средствам очистки воздуха в промышленности, в частности в горнодобывающей промышленности, и могут быть применены для мокрой очистки воздуха от пыли и вредных примесей. Воздухоочиститель включает полый корпус с входом и выходом, подводящие патрубки, эжектирующие форсунки, шламоотделитель и шламоотводящий патрубок. Корпус воздухоочистителя имеет длину L от входа до выхода, равную:
L=20S1/2÷40S1/2,
где S - площадь поперечного сечения корпуса. Диаметр сопла d форсунки связан с диаметром D корпуса соотношением:
d=(0,0044D+255K/D)±10%,
где d и D выражены в миллиметрах, К - параметр, равный 0,785 квадратного миллиметра. Форсунка содержит корпус с входом, камерой смешения и соплом, и завихритель, снабженный симметрично расположенными периферийными тангенциальными сквозными каналами, установленными на входе форсунки, отношение суммы площадей поперечного сечения периферийных тангенциальных сквозных каналов завихрителя к площади сечения сопла составляет 1,2 к 1,0. Технический результат заключается в повышенной эффективности очистки воздуха и надежности работы устройств, обеспечении равномерного и плотного заполнения корпуса воздухоочистителя измельченной жидкостью, интенсивный захват загрязнений из воздуха каплями жидкости. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретения относятся к средствам очистки воздуха в промышленности и могут быть использованы для очистки воздуха от пыли и других вредных примесей при различных производственных процессах с содержанием вредных веществ в воздухе рабочих зон выше ПДК (предельно допустимой концентрации), в частности в горнодобывающей промышленности. Предлагаемые эжекторный воздухоочиститель и форсунка для него относятся к области воздухоочистителей с мокрой очисткой. В таких устройствах форсунки, снабженные соплом, сочетают выполнение функции создания тяги в воздушном тракте воздухоочистителя (эжекция) и функции орошения потока воздуха и поверхностей шламоотделяющих элементов факелом (конусом) диспергированной жидкости. Прилагательное «эжектирующая» указывает прежде всего на функцию форсунки, а не на конструктивные признаки форсунки. Форсунки для воздухоочистителей, сочетающие функцию эжекции с функцией орошения, имеют конструкцию, обеспечивающую достаточно широкое раскрытие факела, или конуса, создаваемого потока жидкости и значительное измельчение (дисперсию) жидкости. Раскрытие факела может обеспечиваться, например, соплом в виде расходящейся кольцевой щели (коническая щель) или деталью - завихрителем потока жидкости, если применяется сопло с поперечным сечением в виде круга (коническое или цилиндрическое отверстие). Завихрение потока жидкости также способствует ее измельчению и создает более однородное и устойчивое распределение капель жидкости по азимуту факела.
Известен эжекторный воздухоочиститель, состоящий из корпуса, эжектирующей форсунки, шламоуловителя и шламоотводящего канала, SU 1740692, E21F 5/20, опубл. 1992.06.15. Недостатком данного устройства является недостаточная эффективность очистки воздуха от вредностей из-за отсутствия согласованности размеров корпуса и параметров форсунки. Условия такой согласованности не определены. Вследствие этого не достигается равномерность и устойчивость факела диспергированной жидкости.
Известен эжекторный воздухоочиститель, включающий полый протяженный корпус с установленными в нем последовательно в виде каскада эжектирующими форсунками, соединенными своими входами с водоподводящими патрубками, а также шламоотделитель со шламоотводящим патрубком, SU 1747713, E21F 5/20, опубл. 1992.07.15, - наиболее близкий аналог предлагаемого воздухоочистителя. Конструкция сопла эжектирующей форсунки и связь ее параметров с параметрами корпуса воздухоочистителя не раскрыты в описании к патенту SU 1747713. Недостатком данного устройства является низкая эффективность улавливания пыли и других вредностей, особенно газовых составляющих, и недостаточная надежность в работе, в части обеспечения равномерности и устойчивости факела диспергированной жидкости, создаваемого эжектирующей форсункой. По этой причине воздухоочиститель дополнительно снабжен оросительными форсунками, что усложняет его производство и снижает надежность работы.
Задачей предлагаемых изобретений является создание эжекторного воздухоочистителя и форсунки для него, обеспечивающих повышенную эффективность очистки воздуха от пыли и других вредностей и повышенную надежность в работе, которые достигаются благодаря обеспечению равномерности и устойчивости факела диспергированной жидкости (воды) и благодаря обеспечению полного, равномерного и плотного заполнения диспергированной жидкостью той части полости корпуса воздухоочистителя, которая находится в конусе орошения форсунки, благодаря повышенной эффективности отделения от жидкостно-воздушного потока капель жидкости с поглощенными загрязнениями, а также благодаря повышенной степени диспергирования жидкости в факеле.
Указанная задача решается в общем случае тем, что в эжекторном воздухоочистителе, включающем полый корпус с входом и выходом, подводящие патрубки, эжектирующие форсунки, установленные в корпусе воздухоочистителя последовательно в виде каскада и соединенные своими входами с подводящими патрубками, а своими соплами обращенные к выходу корпуса воздухоочистителя, включающем также шламоотделитель и шламоотводящий патрубок, установленные между каскадом и выходом корпуса воздухоочистителя, корпус воздухоочистителя выполнен имеющим длину L от входа до выхода, равную:
L=20S1/2÷40S1/2,
где S - площадь поперечного сечения полости корпуса воздухоочистителя, а сопло эжектирующей форсунки выполнено с поперечным сечением в виде круга диаметром d, связанным с номинальным поперечным диаметром D полости корпуса воздухоочистителя соотношением:
d=(0.0044D+255K/D)±10%=(0.0044D+200,175/D)±10%,
где d и D выражены в миллиметрах, К - параметр, равный 0,785 квадратного миллиметра.
Указанная задача в одном частном исполнении предлагаемого эжекторного воздухоочистителя дополнительно решается тем, что его шламоотделитель выполнен в виде пакета тонких пластин, установленных вертикально вдоль корпуса воздухоочистителя, а расстояние (шаг) между соседними пластинами составляет 3÷5 миллиметров.
Указанная задача в другом частном исполнении предлагаемого эжекторного воздухоочистителя дополнительно решается тем, что его шламоотделитель выполнен в виде пакета тонких пластин, установленных наклонно к вертикали с чередованием направления наклона вдоль корпуса воздухоочистителя, а среднее расстояние (шаг) между соседними пластинами составляет 3÷5 миллиметров.
Указанная задача в третьем частном исполнении предлагаемого эжекторного воздухоочистителя дополнительно решается тем, что его шламоотделитель выполнен в виде пакета перфорированных тонкостенных трубок, установленных вдоль корпуса воздухоочистителя с заполнением поперечного сечения полости корпуса воздухоочистителя, причем диаметр трубок составляет 3÷5 миллиметров, а площадь перфорации каждой из трубок не превышает 0,1 площади наружной поверхности этой трубки.
Указанная задача в уточненном случае каждого из частных исполнений предлагаемого эжекторного воздухоочистителя дополнительно решается тем, что его шламоотделитель выполнен имеющим длину вдоль корпуса воздухоочистителя не менее трехкратного номинального поперечного диаметра полости корпуса воздухоочистителя.
Предлагаемый эжекторный воздухоочиститель отличается от прототипа тем, что длина L корпуса воздухоочистителя равняется:
L=20S1/2÷40S1/2,
где S - площадь поперечного сечения полости корпуса воздухоочистителя, а сопло эжектирующей форсунки выполнено с поперечным сечением в виде круга диаметром d, связанным с номинальным поперечным диаметром D полости корпуса воздухоочистителя соотношением:
d=(0.0044D+255K/D)±10%=(0.0044D+200,175/D)±10%,
где d и D выражены в миллиметрах, К - параметр, равный 0,785 квадратного миллиметра.
Одно частное исполнение предлагаемого эжекторного воздухоочистителя дополнительно отличается тем, что его шламоотделитель выполнен в виде пакета тонких пластин, установленных вертикально вдоль корпуса воздухоочистителя, а расстояние (шаг) между соседними пластинами составляет 3÷5 миллиметров.
Другое частное исполнение предлагаемого эжекторного воздухоочистителя дополнительно отличается тем, что его шламоотделитель выполнен в виде пакета тонких пластин, установленных наклонно к вертикали с чередованием направления наклона вдоль корпуса воздухоочистителя, а среднее расстояние (шаг) между соседними пластинами составляет 3÷5 миллиметров.
Третье частное исполнение предлагаемого эжекторного воздухоочистителя дополнительно отличается тем, что его шламоотделитель выполнен в виде пакета тонкостенных перфорированных трубок, установленных вдоль корпуса воздухоочистителя с заполнением поперечного сечения полости корпуса воздухоочистителя, причем диаметр трубок составляет 3÷5 миллиметров, а площадь перфорации каждой из трубок не превышает 0,1 площади наружной поверхности этой трубки.
Уточненный случай каждого вышеприведенного частного исполнения предлагаемого эжекторного воздухоочистителя дополнительно отличается тем, что его шламоотделитель имеет длину, измеренную вдоль корпуса воздухоочистителя, не менее трехкратного номинального поперечного диаметра полости корпуса воздухоочистителя.
Результаты исследований, проведенных авторами предлагаемых изобретений, подтверждают определенные зависимости показателей качества очистки воздуха и эффективности эксплуатации эжекторных воздухоочистителей от типа (конструкции) сопла эжектирующей форсунки, от значений диаметра d сопла эжектирующей форсунки и номинального поперечного диаметра D полости корпуса воздухоочистителя, а также от длины L корпуса воздухоочистителя. Установлено, что сопло с поперечным сечением в виде круга обеспечивает большую степень равномерности заполнения полости корпуса воздухоочистителя диспергированной жидкостью, чем другие типы сопел, например, в виде линейной щели или кольцевой щели. Также поток диспергированной жидкости в форме сплошного конуса (факела), создаваемый соплом с поперечным сечением в виде круга, обеспечивает большие значения тяги в полости корпуса воздухоочистителя, т.е. более эффективно расходуется энергия на прокачку жидкости по сравнению с другими типами сопел. Слишком большой диаметр d сопла ведет к ухудшению дисперсности факела жидкостно-воздушной смеси и к излишнему расходу жидкости; большая часть капель жидкости оседает на стенках корпуса воздухоочистителя, не успев захватить загрязнения из воздушного потока (наибольший приемлемый диаметр d составляет 3,8 миллиметра). Слишком маленький диаметр сопла ведет к росту потерь энергии на преодоление гидродинамического сопротивления в жидкостном тракте воздухоочистителя, а также к избыточной дисперсности факела жидкостно-воздушной смеси; слишком мелкие капли жидкости тормозятся воздухом, при этом ухудшается наполнение каплями пристеночных областей полости корпуса воздухоочистителя. Установлено и экспериментально подтверждено, в частности с использованием предлагаемой форсунки, соотношение, связывающее оптимальные значения диаметра d сопла и номинального диаметра D полости корпуса воздухоочистителя, приведенное выше в настоящем описании, а также в формуле изобретения; неопределенность в ±10% связана с индивидуальными отличиями корпусов, рабочих давлений жидкости и т.п. В качестве параметра К в соотношение входит площадь сечения сопла эталонной форсунки. Экспериментально подтверждено, что предлагаемый эжекторный воздухоочиститель с установленным каскадом предлагаемых форсунок обеспечивает повышенную равномерность и устойчивость факела диспергированной жидкости и полное, равномерное и плотное заполнение диспергированной жидкостью той части полости корпуса воздухоочистителя, которая находится в конусе орошения форсунки, а также обеспечивает повышенную эффективность отделения от жидкостно-воздушного потока капель жидкости с поглощенными загрязнениями. Установленное соотношение между оптимальными значениями величин d и D актуально для воздухоочистителей, длина L корпуса которых составляет:
L=20S1/2÷40S1/2,
где S - площадь поперечного сечения полости корпуса воздухоочистителя; эта формула установлена для обычных диапазонов габаритов воздухоочистителей, применяемых в горнодобывающей промышленности. Длина L, равная 20S1/2, достаточна для предлагаемого эжекторного воздухоочистителя, каскад эжектирующих форсунок которого состоит из одной эжектирующей предлагаемой форсунки. При большем количестве форсунок в каскаде длина L может составлять от 20S1/2 до 40S1/2. При длине L, меньшей 20S1/2, мала достигаемая степень насыщения капель жидкости загрязнениями, содержащимися в воздушном потоке. При длине L около 40S1/2 происходит полный или почти полный захват каплями загрязнений из воздуха и завершается осаждение большей части капель жидкости, содержащих загрязнения, на поверхностях шламоотделителя и стенках корпуса воздухоочистителя независимо от количества форсунок в каскаде. Таким образом, значения L менее 20S1/2 препятствуют, а значения L более 40S1/2 уже не способствуют решению задачи предлагаемых изобретений.
Шламоотделитель, выполненный в частных исполнениях предлагаемого эжекторного воздухоочистителя в виде пакета тонких пластин, установленных вдоль корпуса воздухоочистителя с расстоянием между соседними пластинами не более 5 миллиметров (с шагом не более 5 миллиметров), повышает степень отделения капель жидкости (шлама), так как он обладает большой суммарной площадью поверхности, что увеличивает степень улавливания капель жидкости (шлама) благодаря «пристеночному эффекту». Чем меньше расстояние между пластинами, тем чаще происходит контакт капель жидкости с поверхностью и тем эффективней очистка. Слишком маленькое расстояние между пластинами приводит к росту гидродинамического сопротивления движению жидкостно-воздушной смеси и к забиванию промежутков между пластинами вязким шламом. Поэтому оптимальными являются промежутки от 3 миллиметров для менее вязкого шлама до 5 миллиметров для более вязкого шлама. Вертикальное положение пластин в одном из частных исполнений является оптимальным для более быстрого стекания шлама с пластин. Ориентация пластин вдоль корпуса воздухоочистителя является оптимальной для уменьшения сопротивления движению жидкостно-воздушной смеси. Наклонное к вертикали с чередованием направления наклона положение пластин при среднем расстоянии между соседними пластинами 3÷5 миллиметров в другом частном исполнении позволяет упростить изготовление шламоотделителя, так как позволяет опирание пластин друг на друга без жесткого прикрепления к общей раме или к стенкам корпуса воздухоочистителя, при этом отклонение пластин от вертикали невелико и не вызывает значительного замедления стекания шлама с пластин. Выполнение шламоотделителя в третьем частном исполнении предлагаемого эжекторного воздухоочистителя в виде пакета тонкостенных перфорированных трубок, установленных вдоль корпуса воздухоочистителя с заполнением поперечного сечения полости корпуса воздухоочистителя, причем диаметр трубок составляет 3÷5 миллиметров, а площадь перфорации каждой из трубок не превышает 0,1 площади наружной поверхности этой трубки, повышает степень отделения капель жидкости (шлама), так как такой пакет трубок обладает большой суммарной площадью поверхности, что увеличивает степень улавливания капель жидкости (шлама) благодаря «пристеночному эффекту». Чем меньше внутренний диаметр трубок и промежутки между трубками, тем чаще происходит контакт капель жидкости с поверхностью трубок и тем эффективней очистка. Слишком маленький диаметр трубок приводит к росту гидродинамического сопротивления движению жидкостно-воздушной смеси и к забиванию трубок и промежутков между ними вязким шламом. Поэтому оптимальными являются диаметры трубок от 3 миллиметров для менее вязкого шлама до 5 миллиметров для более вязкого шлама. Предпочтительно площадь перфорации каждой из трубок не превышает 0,1 площади ее наружной поверхности, чтобы не снижать суммарную площадь поверхности шламоотделителя.
Степень полноты отделения из жидкостно-воздушной смеси капель жидкости увеличивается с увеличением длины шламоотделителя, выполненного в соответствии с одним из вышеприведенных частных исполнений предлагаемого эжекторного воздухоочистителя. Уточнено, что для осаждения значительной части капель жидкости длина шламоотделителя должна быть не менее трехкратного номинального поперечного диаметра полости корпуса воздухоочистителя (для обычных диапазонов поперечных диаметров корпуса, расхода воздуха и жидкости в воздухоочистителях, применяемых в горнодобывающей промышленности). Максимальная длина шламоотделителя выбирается исходя из конкретных условий эксплуатации и с учетом ограничения, налагаемого длиной корпуса вохдухоочистителя.
Известна форсунка, снабженная полостью с осевой симметрией (камера смешения), на выходе соосно переходящей в сопло, имеющее поперечное сечение в виде кольца, и также снабженная завихрителем, помещенным на входе камеры смешения, который снабжен симметрично расположенными под острым углом относительно продольной оси камеры смешения одинаковыми тангенциальными периферийными сквозными каналами, имеющими поперечное сечение в виде круга и сообщающими вход форсунки с камерой смешения, US 1816645, В05В 1/34, опубл. 1931.07.28. Завихритель способствует повышению однородности факела измельченной жидкости. Эта форсунка имеет сложную конструкцию сопла, а оптимальные соотношения геометрических параметров, таких как диаметры и длины каналов завихрителя, камеры смешения и сопла не определены, что не позволит добиться оптимальных характеристик работы в качестве эжекционной форсунки в случае применения этой форсунки в предлагаемом эжекторном воздухоочистителе.
Известна форсунка, снабженная полостью с осевой симметрией (камера смешения), на выходе соосно переходящей в сопло, имеющее поперечное сечение в виде круга, и также снабженная завихрителем, помещенным перед входом камеры смешения, который снабжен спиральными периферийными сквозными каналами, сообщающими входной штуцер форсунки с камерой смешения, US 6354519, В05В 1/34, опубл. 2002.03.12. Существенным новым признаком является форма внутренней поверхности камеры смешения, выполненная в виде вогнутой поверхности, близкой к части сферической поверхности. Оптимальные соотношения геометрических параметров, таких как диаметры и длины каналов завихрителя, камеры смешения и сопла не определены, поэтому форсунка не обеспечивает высокой степени устойчивости, однородности и плотности создаваемого ею факела диспергированной жидкости.
Известна форсунка, содержащая корпус с входом, камерой смешения и соплом, выполненным с поперечным сечением в виде круга, и завихритель, снабженный симметрично расположенными периферийными тангенциальными сквозными каналами, установленный на входе форсунки (FR 2707737, F23R 3/38, опубл. 1995.01.20), которая послужила прототипом предлагаемой форсунки. В частном случае завихритель форсунки-прототипа снабжен центральным (осевым) каналом. Наличие центрального канала снижает эффективность завихрителя, при этом снижается интенсивность вращения потока жидкости в камере смешения, уменьшается угол раскрытия факела диспергированной жидкости, снижается устойчивость и однородность факела, снижается степень измельчения жидкости. Оптимальные соотношения геометрических параметров этой форсунки, таких как диаметры и длины каналов завихрителя, камеры смешения и сопла не определены, поэтому форсунка и в общем случае не обеспечивает высокой степени устойчивости, однородности и плотности создаваемого ею факела диспергированной жидкости. Использование этой форсунки в предлагаемом эжекторном воздухоочистителе в качестве эжекционной форсунки с функцией орошения не обеспечит решения указанной выше задачи предлагаемой группы изобретений.
Указанная выше задача предлагаемых изобретений решается тем, что периферийные тангенциальные сквозные каналы завихрителя форсунки, содержащей корпус с входом, камерой смешения и соплом, выполненным с поперечным сечением в виде круга, и завихритель, снабженный симметрично расположенными периферийными тангенциальными сквозными каналами, установленный на входе форсунки, выполнены с таким поперечным сечением, что отношение суммы площадей их поперечного сечения к площади сечения сопла составляет 1,2 к 1,0. При этом подразумевается, что форсунка выполнена симметричной относительно продольной оси, поскольку это необходимо для равномерного заполнения по азимуту конуса орошения каплями диспергированной жидкости при работе форсунки. Также специалисту понятно, что имеется в виду наклон тангенциальных каналов относительно продольной оси камеры смешения в одну сторону, т.е. каждый канал может быть совмещен с соседним каналом путем воображаемого поворота вокруг оси камеры смешения на угол 360/n град., где n - количество каналов, а сечение каналов имеет номинально форму круга или форму, эквивалентную кругу в отношении минимизации гидродинамического сопротивления канала.
В частном случае исполнения предлагаемой форсунки указанная задача дополнительно решается тем, что количество периферийных тангенциальных сквозных каналов завихрителя составляет от двух до четырех, при этом длина каждого канала составляет от семи до четырнадцати диаметров сопла.
В частном случае исполнения предлагаемой форсунки указанная задача дополнительно решается тем, что камера смешения выполнена имеющей форму, изменяющуюся от цилиндрической со стороны завихрителя до сужающейся по направлению к соплу конической, цилиндрическая часть камеры смешения выполнена с диаметром, составляющим от трех до пяти диаметров сопла, причем камера смешения выполнена с общей длиной от завихрителя до сопла, равной трехкратному диаметру ее цилиндрической части; в усовершенствованном исполнении этого частного случая предлагаемой форсунки указанная задача дополнительно решается тем, что внутренняя поверхность камеры смешения со стороны сопла выполнена в виде полусферы.
Предлагаемая форсунка отличается от прототипа тем, что отношение суммы площадей поперечного сечения периферийных тангенциальных сквозных каналов завихрителя к площади сечения сопла составляет 1,2 к 1,0.
В частном исполнении предлагаемая форсунка дополнительно отличается тем, что количество периферийных тангенциальных сквозных каналов завихрителя составляет от двух до четырех, при этом длина каждого канала составляет от семи до четырнадцати диаметров сопла.
В частном исполнении предлагаемая форсунка дополнительно отличается тем, что форма камеры смешения изменяется от цилиндрической со стороны завихрителя до сужающейся по направлению к соплу конической, диаметр цилиндрической части камеры смешения составляет от трех до пяти диаметров сопла, причем общая длина камеры смешения от завихрителя до сопла равняется трехкратному диаметру ее цилиндрической части; в усовершенствованном исполнении этого частного случая исполнения предлагаемая форсунка дополнительно отличается тем, что внутренняя поверхность камеры смешения со стороны сопла выполнена в виде полусферы.
Экспериментально установлено, что предлагаемая форсунка для эжекторного воздухоочистителя обеспечивает повышенную степень диспергирования жидкости, равномерности и устойчивости факела диспергированной жидкости, обеспечивает полное, равномерное и плотное заполнение диспергированной жидкостью полости корпуса воздухоочистителя благодаря тому, что отношение суммы площадей поперечного сечения периферийных тангенциальных сквозных каналов ее завихрителя к площади сечения ее сопла составляет 1,2 к 1,0. При таком соотношении проходных сечений каналов и сопла обеспечиваются достаточный подпор в камере смешения и высокая скорость потока в тангенциальных каналах, необходимая для сообщения вращательного движения жидкости в камере смешения.
В частном исполнении предлагаемой форсунки количество тангенциальных каналов от двух до четырех позволяет разместить каналы симметрично и равномерно по периметру завихрителя, что дополнительно обеспечивает равномерное заполнение диспергированной жидкостью полости корпуса воздухоочистителя. Ограничение количества каналов числом не более четырех позволяет избежать излишнего сопротивления потоку жидкости в каналах и поэтому позволяет снизить нагрузку на форсунки и подводящие патрубки, способствует экономичности и надежности предлагаемого эжекторного воздухоочистителя. Увеличение длины тангенциальных каналов позволяет добиться более равномерного течения жидкости на выходе из каналов, но чрезмерное увеличение длины приводит к росту сопротивления каналов. Оптимальным является отношение длины канала к диаметру сопла от семи (например, для завихрителя с четырьмя каналами) до четырнадцати (например, для завихрителя с двумя каналами).
В частном исполнении предлагаемой форсунки изменение формы камеры смешения от цилиндрической со стороны завихрителя до сужающейся по направлению к соплу конической позволяет поддерживать стабилизирующий вращательный момент в объеме цилиндрической части камеры смешения с наращиванием скорости вращения в сужающейся конической части камеры смешения. Установлено, что при значениях диаметра цилиндрической части камеры смешения, составляющих от трех до пяти диаметров сопла, создается наиболее стабильный и равномерный факел жидкости (разброс значений от трех до пяти связан с интервалом настроек производительности воздухоочистителя). Одновременно при длине камеры смешения от завихрителя до сопла, равной трехкратному диаметру ее цилиндрической части, обеспечивается оптимальная плавность ускорения вращения жидкости в камере смешения при приближении к соплу. Усовершенствованием этого частного исполнения предлагаемой форсунки является полусферическая форма внутренней поверхности камеры смешения со стороны сопла, благодаря чему вблизи сопла образуется устойчивый вращающийся слой жидкости, из которого жидкость равномерно выдавливается через сопло, придавая дополнительную устойчивость и равномерность факелу диспергированной жидкости.
Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами. На фиг.1 схематично изображен предлагаемый эжекторный воздухоочиститель. На фиг.2 схематично изображены примеры поперечных сечений полостей корпусов трех различных частных исполнений предлагаемого эжекторного воздухоочистителя по месту установки шламоотделителя. На фиг.3 изображена схема предлагаемой форсунки. На фиг.4 изображен вид в перспективе завихрителя предлагаемой форсунки (частное исполнение с двумя тангенциальными каналами) с вырезанной четвертью.
Предлагаемый эжекторный воздухоочиститель в одном из исполнений включает цилиндрический корпус 1 с входом 2 и выходом 3, см. фиг.1. В корпусе 1 последовательно размещены три эжектирующие форсунки 4, подсоединенные своими входами 5 (см. фиг.3) к подводящим патрубкам 6. Последовательность форсунок 4 образует каскад 7. Сопла 8 (см. фиг.3) форсунок 4 обращены к выходу 3 корпуса 1. Между каскадом 7 и выходом 3 установлены шламоотделитель 9 и шламоотводящий патрубок 10. Например, длина L корпуса 1 от входа 2 до выхода 3 составляет 8 метров. Поперечный диаметр D корпуса 1 составляет 450 миллиметров. Поперечный диаметр d сопла 8 (см. фиг.3) форсунки 4 составляет 2,5 миллиметра. Длина шламоотделителя 9 составляет 1,4 метра. На фиг.2 в поперечном сечении А-А корпуса 1 показаны: шламоотделитель 9 в виде пакета тонких пластин 11, установленных с шагом 5 миллиметров вертикально вдоль корпуса 1 (фиг.2, а); шламоотделитель 9 в виде пакета пластин 11, установленных с шагом 5 миллиметров наклонно к вертикали с чередованием направления наклона вдоль корпуса 1 (фиг.2, б); шламоотделитель 9 в виде пакета перфорированных тонкостенных трубок 12, диаметром 5 миллиметров, установленных вдоль корпуса 1 (фиг.2, в). Расстояния между элементами и пропорции на фиг.2 искажены для упрощения чертежей. Предлагаемая форсунка 4 для эжекторного воздухоочистителя срдержит корпус 13 с входом 5, камерой смешения 14 и соплом 8, завихритель 15, в теле которого выполнены два симметрично расположенных периферийных сквозных тангенциальных канала 16, 17, см. фиг.3. Камера смешения 14 состоит из цилиндрической части 18, конической части 19, сферической части 20. Завихритель 15 установлен на входе 5 перед камерой смешения 14. Устройство завихрителя поясняется также фиг.4 (пропорции искажены для упрощения фиг.3 и фиг.4), где позиции 16, 17 указывают положение отверстий соответствующих каналов на поверхности завихрителя 15. Отверстия на невидимой (на фиг.4) части поверхности завихрителя изображены штриховой линией.
Предлагаемый эжекторный воздухоочиститель с предлагаемыми форсунками работает следующим образом.
Жидкость под высоким давлением через патрубок 6 и вход 5 подается к завихрителю 15 и по каналам 16, 17 струей под острым углом к оси форсунки 4 поступает в цилиндрическую часть 18 камеры смешения 14, формируя поток жидкости с продольно-вращательным движением в сторону сопла 8. При движении потока жидкости по конической части 19 повышается интенсивность вращения потока, а в сферической части 20 образуется устойчивый вращающийся слой жидкости, из которого равномерно выдавливается жидкость через сопло 8.
При выходе жидкости из сопла 8 с большой скоростью и кинетической энергией она формирует факел 21 (см. фиг.1) диспергированной жидкости, который эжектирует загрязненный воздух в корпус 1 воздухоочистителя через вход 2.
Одновременно загрязненный воздух орошается факелом 21 жидкости, при этом капли жидкости улавливают твердые частицы и абсорбируют газовые составляющие загрязнителей воздуха.
В дальнейшем воздуховодокапельный поток движется между пластинами 11 или трубками 12 шламоотделителя 9, при этом реализуется «пристеночный эффект», в результате чего капли жидкости с уловленными твердыми частицами и абсорбированными и растворенными газовыми составляющими вредностей задерживаются на поверхностях шламоотделителя 9. При этом еще не уловленные частицы и другие составляющие вредности также задерживаются на смоченных поверхностях шламоотделителя 9, повышая эффективность очистки воздуха. Жидкость с уловленными вредностями (шлам) стекает по поверхностям шламоотделителя 9 вниз и попадает в шламоотводящий патрубок 10.
Поток очищенного воздуха через выход 3 корпуса 1 воздухоочистителя поступает во внешнюю воздушную среду.
Предложенные устройства могут быть изготовлены с использованием известных технологий обработки материалов и машиностроения, применяемых при изготовлении воздухоочистителей и жидкостных форсунок. Предложенные устройства могут быть использованы для очистки воздуха от промышленных загрязнений, в частности, для очистки воздуха от мелкодисперсной пыли в тех местах выполнения работ и передвижения людей, в которых используются известные эжекторные воздухоочистители.
1. Эжекторный воздухоочиститель, включающий полый корпус с входом и выходом/подводящие патрубки, эжектирующие форсунки, установленные в корпусе воздухоочистителя последовательно в виде каскада и соединенные своими входами с подводящими патрубками, а своими соплами обращенными к выходу корпуса воздухоочистителя, включающий также шламоотделитель и шламоотводящий патрубок, установленные между каскадом и выходом корпуса воздухоочистителя, отличающийся тем, что длина L корпуса воздухоочистителя равняется:
L=20S1/2÷40S1/2,
где S - площадь поперечного сечения полости корпуса воздухоочистителя, а сопло эжектирующей форсунки выполнено с поперечным сечением в виде круга диаметром d, связанным с номинальным поперечным диаметром D полости корпуса воздухоочистителя соотношением:
d=(0,0044D+255K/D)±10%=(0,0044D+200,175/D)±10%,
где d и D выражены, мм, К - параметр, равный 0,785 мм2.
2. Эжекторный воздухоочиститель по п.1, отличающийся тем, что шламоотделитель выполнен в виде пакета тонких пластин, установленных вертикально вдоль корпуса воздухоочистителя, а расстояние между соседними пластинами составляет 3÷5 мм.
3. Эжекторный воздухоочиститель по п.1, отличающийся тем, что шламоотделитель выполнен в виде пакета пластин, установленных наклонно к вертикали с чередованием направления наклона вдоль корпуса воздухоочистителя, а среднее расстояние между соседними пластинами составляет 3÷5 мм.
4. Эжекторный воздухоочиститель по п.1, отличающийся тем, что шламоотделитель выполнен в виде пакета перфорированных тонкостенных трубок, установленных вдоль корпуса воздухоочистителя с заполнением поперечного сечения полости корпуса воздухоочистителя, причем диаметр трубок составляет 3÷5 мм, а площадь перфорации каждой из трубок не превышает 0,1 площади наружной поверхности этой трубки.
5. Эжекторный воздухоочиститель по п.2, или 3, или 4, отличающийся тем, что шламоотделитель имеет длину не менее трехкратного номинального поперечного диаметра полости корпуса воздухоочистителя.
6. Форсунка, содержащая корпус с входом, камерой смешения и соплом, выполненным с поперечным сечением в виде круга, и завихритель, снабженный симметрично расположенными периферийными тангенциальными сквозными каналами, установленный на входе форсунки, отличающаяся тем, что отношение суммы площадей поперечного сечения периферийных тангенциальных сквозных каналов завихрителя к площади сечения сопла составляет 1,2 к 1,0.
7. Форсунка по п.6, отличающаяся тем, что количество периферийных тангенциальных сквозных каналов завихрителя составляет от двух до четырех, при этом длина каждого канала составляет от семи до четырнадцати диаметров сопла.
8. Форсунка по п.6, отличающаяся тем, что форма камеры смешения изменяется от цилиндрической со стороны завихрителя до сужающейся по направлению к соплу конической, диаметр цилиндрической части камеры смешения составляет от трех до пяти диаметров сопла, причем общая длина камеры смешения от завихрителя до сопла равняется трехкратному диаметру ее цилиндрической части.
9. Форсунка по п.8, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность камеры смешения со стороны сопла выполнена в виде полусферы.
