Універсальна вихрова камера

Реферат: Універсальна вихрова камера складається з горизонтального циліндричного корпуса, на бічній поверхні якого виконані отвори для розміщення сопел з можливістю зміни їхнього положення, оснащених тангенціальними впускними вікнами, причому сопла можуть бути підключено до приводу. Корпус по торцях має фланці, на яких закріплені кришки. З одного боку на кришці розташований фланець, що з'єднаний із системою подачі вологого газу або повітря, а на іншому боці на внутрішній поверхні кришці встановлені фланці для виходу очищеного газу та окремо його важких фракцій. У корпусі закріплена циліндрична вихрова камера, в якій встановлено два пояси впускних вікон, між якими є два пояси випускних вікон, між якими встановлене керуюче поворотне сопло. З одного кінця вихрової камери встановлений ще один пояс випускних вікон, у якому одне його кільце має не проточну центральну ділянку, а суцільну плоску або криволінійну поверхню у вигляді сегмента півсфери, у яких по центру є отвір для з'єднання із системою відбору важких фракцій. Вихрова камера складається із набору уніфікованих деталей. UA 99280 U (12) UA 99280 U UA 99280 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель стосується поділу газ/рідина (2 фази), газ/рідина/тверді часточки (3 фази), а також поділу очищеного газу або повітря на його компоненти. Запропонована корисна модель є універсальною - вона дозволяє також ефективно змішувати декілька видів газів. Корисна модель може бути використана у різних галузях промисловості, наприклад в енергетиці, хімічній, гірничій та нафтовій промисловості, та для виконання різних завдань екології. Відома камера змішування, що складається з камери змішування, що містить циліндричний корпус, у бічній поверхні якого встановлені чотири насадки. Кожен насадок оснащений косинкою, установленою по хорді насадка, зануреною в проточну частину з можливістю переміщення в напрямку, паралельному осі насадка [1]. Недоліком відомого пристрою є те, що насадки встановлені під прямим кутом до напрямку основного потоку, а це не дозволяє закручувати потік. Глибина проникнення другого потоку в перший потік залежить від витрати цих потоків і тиску в другому потоці. Тому процес змішування відбувається в зовнішній частині першого основного потоку й невідомо, на яку глибину першого потоку проникає другий потік нижче по потоку від місця розташування насадка. Ефективність змішування зменшується згідно з зазначеними недоліками. Найбільш близьким за технічною суттю до корисної моделі є камера змішування, що містить циліндричний корпус, на бічній поверхні якого розташовані отвори, в яких розміщені сопла з можливістю зміни їхнього положення, оснащені тангенційними впускними вікнами, сопла з тангенційними впускними вікнами можуть бути підключені до приводу [2]. Зазначений прототип може застосовуватися й для очищення повітря або газів, при цьому в основні та додаткові сопла повинен надходити однаковий газ або повітря. Відомо, що згідно [3] усередині вихрової камери за соплом формуються вихрові структури, які будуть розповсюджуватись в різни сторони. В конструкції прототипу [2] вихрові структури з кожного сопла будуть розповсюджуватися назустріч один одному і взаємодіяти між собою. Недоліком відомої конструкції прототипу є те, що не встановлено характер взаємодії цих вихрових структур залежно від відстані між соплами й відстані від глухого рухливого торця. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки універсальної конструкції, яка вдосконалить пристрій для очищення вологого газу, буде здатна розділити очищений газ й повітря на фракції і може бути застосована для змішування потоків газу шляхом істотної зміни конструкції вихрової камери з урахуванням керування виявлених вихрових структур у класичній вихровій камері [3]. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що корпус по торцях має фланці, на яких закріплені кришки, причому з одного боку на кришці розташований фланець, що з'єднаний із системою подачі вологого газу або повітря, а на іншому боці на внутрішній поверхні кришці встановлені фланці для виходу очищеного газу та окремо його важких фракцій, у корпусі закріплена циліндрична вихрова камера, в якій встановлено два пояси впускних вікон, між якими є два пояси випускних вікон, між якими встановлене керуюче поворотне сопло, крім того, з одного кінця вихрової камери встановлений ще один пояс випускних вікон, у якому одне його кільце має не проточну центральну ділянку, а суцільну плоску або криволінійну поверхню у вигляді сегмента півсфери, у яких по центру є отвір для з'єднання із системою відбору важких фракцій, причому вихрова камера складається із набору уніфікованих деталей, а саме: поясу впускних і випускних вікон, що виконані з уніфікованих кілець, з'єднаних між собою за допомогою нарізних сполучень, пояси вікон з'єднані за допомогою уніфікованих секцій основної труби, а зовні на пояси випускних вікон нагвинчуються уніфіковані герметичні кільця з зазором для відбору важких фракцій, а знизу ці кільця з'єднані герметично із трубами, що сполучені між собою гофрованими ділянками, а також з'єднані із системою відбору важких фракцій за допомогою фланця, закріпленого на трубі для відбору важких фракцій, окрім того, з другого кінця вихрової камери остання секція основної труби з'єднана з поясом впускних вікон, а з іншого краю - із фланцем, який з'єднаний із аналогічним фланцем, що закріплений на другій торцевій кришці. Суть корисної моделі пояснюється наступними кресленнями: Фіг. 1 демонструє кадр відеофільму, в якому зображено візуалізацію двох стійких обертових вихрових кілець, що формуються поблизу внутрішньої поверхні вихрової камери, при взаємодії вихрових структур потоку "вуса" [3], що надходять назустріч один одному з поясів вікон, розташованих по краях камери, і керуючого поворотного сопла, розташованого між поясуми вікон. Фіг. 2 показує кадр відеофільму, в якому зображено візуалізацію основи конусоподібної вихрової спіралеподібної течії Бьодевадта [4], зафіксованої на прозорій плоскій торцевій стінці вихрової камери [3]. 1 UA 99280 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Фіг. 3 ілюструє кадр відеофільму, в якому зображено візуалізацію основи спіралеподібної вихрової течії Бьодевадта [4], зафіксованої на прозорій увігнутій напівсферичній торцевій стінці вихрової камери. Фіг. 4 зображує загальний вид конструкції запропонованої корисної моделі. Фіг. 5 представляє переріз А-А поясу вікон по фіг. 4. Фіг. 6 показує пристрій керуючого поворотного сопла по фіг. 4. На фіг. 1 показаний кадр із відеофільму, коли у вихрову камеру 1 потік направляється через керуюче поворотне сопло 2, що установлене між поясуми вікон 3, і через два пояси вікон 3, розташованих по краях вихрової камери. Ліворуч від сопла 2 розташована довга зона торцевої області. Праворуч і ліворуч від сопла 2 сфотографовані квазістаціонарні обертові пари вихрових кілець 4. Сопло 2 повернене таким чином, щоб одержати стійкі вихрові кільця 4. На фіг. 2 наведено кадр відеофільму на прозорому плоскому торці вихрової камери 1. "Вуса" [3] на внутрішній поверхні прозорого торця 2 обертаються в кутовій області сполучення циліндра вихрової камери і її торця. У результаті закручування потоку на торці виникає розрядження, що збільшується до центра торця. У результаті цього розрядження "вуса" від торця віддаляються по конусоподібній поверхні убік активної зони. Це приводить до того, що на торці формується криволінійна конусоподібна система вихрів 3 типу Бьодевадта [4]: на торці перебуває її основа, а убік активної зони спрямована криволінійна конічна закручена область [4]. На фіг. 2 у центрі показана темна область: уздовж поздовжньої осі 4 вихрової камери сформувався обертовий циліндричний квазітвердотільний вихор з низьким тиском всередині, що направляється в активну зону й утримує очищений газ або повітря. На фіг. 3 показана фотографія структури течії в торцевій області вихрової камери, коли поверхня торцевої області виконана у вигляді ввігнутого прозорого сферичного сегмента 1. У цьому випадку "вуса" обертаються в кутовій області стикування торця й циліндра вихрової камери. Окремі ділянки 2 "вусів" направляються убік активної зони й концентруються на поверхні торця в стійкій області 3, розташованої біля вершини сегмента 1. На фіг. 4 показаний запропонований пристрій, що сконструйований на основі вперше зафіксованих при експериментальних дослідах квазістаціонарних обертових пар вихрових кілець та вихрових структур на торці вихрової камери (фіг. 1-3). Універсальна вихрова камера складається із циліндричного корпуса 1, кришки 2, у якій установлено фланець 3 для подачі вологого газу. Універсальна вихрова камера виконана з набору однакових конструктивних елементів: труби 4, на торцевих ділянках якої є зовнішня різьба; кілець 5 й 6, на горизонтальній зовнішній поверхні яких виконана наскрізна різьба, а на горизонтальній внутрішній поверхні виконана внутрішня різьба; кільця 8 для відбору більше важких компонентів газу й повітря; упорних кілець 18 для фіксування положення кілець 8; керуючого поворотного сопла 9; фланців 10 й 11, виконаних на трубі 4, на торцевих ділянках яких є зовнішня різьба; труб 12, що мають відгалуження з різьбою і з'єднані між собою гофрованими ділянками 13. Ці відгалуження за допомогою накидних гайок 15 з'єднані із втулками 14, які вгвинчуються в кільця 8. У торцевій частині пристрою кільце 5 має не проточну центральну ділянку, а суцільну поверхню, до якої по осі пригвинчена втулка 17, з'єднана нарізним сполученням з накидною гайкою 15 і з кутовою трубою 16; герметичність з'єднань пристрою забезпечується прокладками 7 й 19. На фіг. 5 наведено поперечний переріз А-А кільця 5 поясу вікон (фіг. 4), що містить 6 вікон. Більш довга сторона кожного прямокутного вікна (фіг. 5) перетинається із внутрішнім діаметром поперечного перерізу поясу вікон, рівного внутрішньому діаметру труби 4 (фіг. 4), таким чином, що кут між точками такого перетинання сусідніх вікон становить 60° (фіг. 5). Ширина прямокутного перерізу вікна визначається величиною b, a кут тангенційності вікна визначається величиною у. Залежно від швидкості потоку у вихровій камері параметри b і γ можуть варіюватися. На фіг. 6 показаний пристрій регулюючого сопла 9 (фіг. 4), внутрішній діаметр якого дорівнює внутрішньому діаметру труби 4. Параметри b й γ можуть бути аналогічними, як й у поясу вікон (фіг. 5). Розмах а (фіг. 6) прямокутного сопла може бути також аналогічним розмаху вікон поясу вікон. Регульоване сопло може обертатися навколо своєї вертикальної осі на будьякий кут α. Положення сопла можна фіксувати за допомогою одного або 4 гвинтів, що вгвинчують у корпус труби 4. Збирання пристрою в робочий стан виконується в такий спосіб (фіг. 4). Попередньо збираються пояси впускних і випускних вікон з кілець 5 й 6, що з'єднують між собою за допомогою посадкових штифтів і гвинтів з втопленою головкою так, щоб зовнішня й внутрішня їхня горизонтальні поверхні повністю збіглися. На зовнішню поверхню кілець 5 й 6 поясів випускних вікон нагвинчуються кільця 8, встановлюються по обидва боки прокладки 19 із упорними кільцями 18. Торцеве випускне кільце збирається в такий же спосіб, тільки замість 2 UA 99280 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 кільця 5 із центральним наскрізним отвором встановлюється кільце 5 із центральною суцільною стінкою. До цієї суцільної стінки, що має центральний отвір малого діаметра, уздовж поздовжньої осі симетрії пригвинчується втулка 17. З іншої сторони цього випускного поясу вікон встановлюється прокладка 7 і нагвинчується труба 4, із протилежної сторони якої нагвинчується пояс впускних вікон, попередньо встановивши між ними прокладку 7. Потім в отвори, наявні в кільцях 8 і 6, пригвинчуються стопорні гвинти. З іншої сторони встановленого поясу впускних вікон встановлюється прокладка 7 і нагвинчується труба 4, що зазначеним вище чином з'єднується з поясом випускних вікон, до якого, в свою чергу, нагвинчується така ж труба 4, що відрізняється тим, що в її центральній частині встановлене керуюче поворотне сопло 9. Ця труба 4 зазначеним способом з'єднується з поясом випускних вікон, що через чергову трубу 4 з'єднується з поясом впускних вікон, до якого з другого боку нагвинчується труба 4, що на іншому кінці має фланець 10. Окремо з'єднуються між собою труби 12 й 16 через гофровані ділянки 13. Відгалуження на цих трубах з'єднуються із кільцями 8 за допомогою накидних гайок 15 із втулками 14 і втулкою 17. Із правого боку корпуса 1 зсередини кришки (на фіг. 4 не показана) встановлені два фланці, один з яких 11 з'єднується з фланцем 10, а другий фланець, що встановлений зсередини на кришці (на фіг. 4 не показана), з'єднується з подібним фланцем, встановленим на трубі 12 магістралі збору важких елементів вологого газу. Поєднана таким чином вихрова камера з правою кришкою просувається в корпус 1, після чого вихрова камера встановлюється на ложементах, що закріплені на внутрішній поверхні корпуса 1, а права кришка з'єднується з корпусом 1, на якому зліва встановлюється кришка 2, а фланець 3 з'єднується із системою подачі вологого газу. Пристрій працює наступним чином. Як показано на фіг. 1, при заданій швидкості та тиску вологого газу або повітря у вихровій камері 1 існує певне положення сопла 2 щодо поясів вікон 3. Сопло повернене на вибраний кут α дозволяє формуватися стійкій парі обертових вихрових кілець 4. У цих кільцях, а також на торці (фіг. 2, 3) концентруються більш важкі фракції газу або повітря. В корпус / універсальної вихрової камери (фіг. 4) вологий газ подається при заданій швидкості та тиску із системи подачі вологого газу скрізь фланець 3 і в вихрову камеру надходить скрізь сопла двох поясів впускних вікон, зібраних з кілець 5 й 6, та керуюче сопло 9 таким чином, що при вибраному куту α повороту сопла 9 квазістаціотарні обертові вихрові кільця, в яких концентруються важкі домішки, формуються в районі розташування двох поясів випускних вікон 8, за допомогою яких важкі компоненти вологого газу або повітря відбираються скрізь трубопровід 12 і далі надходять в систему видалення важких компонентів, з якої важкі фракції віддаляються за допомогою вентилятора або компресора. Окрім того, ще один пояс випускних вікон розміщується в торцевий частині вихрової труби. З цього поясу випускних вікон важкі компоненти газу віддаляються за допомогою фланця 15 і трубопроводу 16. На вихровий камері може бути встановлено пристрій для дистанційного регулювання кутом повороту α керуючого сопла 9 (фіг. 4) для оптимізації розміщення стійкої пари обертових вихрових кілець 4 (фіг. 1). Очищений газ або повітря рухається в районі поздовжньої осі симетрії запропонованої вихрової камери в напрямку активної зони (на фіг. 4 показано стрілкою, розташованою праворуч) за допомогою автономного вентилятора або компресора. При поділі на фракції очищеного газу або повітря запропонований пристрій може бути розташованим горизонтально або вертикально. У останньому випадку запропонований пристрій працює в такий же спосіб. Відмінність полягає в тому, що важкі фракції, що рухаються в трубопроводах 12, 16 (фіг. 4), направляються в протилежну сторону і віддаляються через фланець, аналогічний фланцю 3 (фіг. 4) і розташованому в лівій кришці 2 (фіг. 4). При повороті керуючого сопла 9 (фіг. 4) на кут α (фіг. 6), повернутого на 180° відносно вибраного кута α, при якому працює вихрова камера в режимі очищення, запропонований пристрій працює в режимі ефективного змішування. В цьому випадку можливо перемішувати декілька типів газу. Якщо треба перемішувати два виду газу або повітря чи рідини, один газ надходить скрізь вхідний фланець 3 (фіг. 4), як і раніше, а другий газ, або рідина надходить в пристрій скрізь систему відбору газу, тобто з правої кришки компресором нагнітається другий газ, або рідина за допомогою трубопроводів 12, 16 і трьох поясів випускних вікон 8, які становляться впускними вікнами тому, що їх конструкція така ж, як і у впускних вікон. Для збільшення продуктивності роботи і підвищення якості очищення і поділу на фракції газу або повітря наведена на фіг. 4 вихрова камера з'єднується в послідовні або паралельні кластери. Запропонований сепаратор установлюється у вигляді послідовних рядів, у вигляді кластера, у якого вихідний очищений газ надходить скрізь фланец 3 наступного сепаратора. Кількість послідовних сепараторів залежить від заданого ступеня очищення вологого газу, а перед наступним входом може бути встановлений додатковий вентилятор для підтримки 3 UA 99280 U 5 10 15 20 постійної швидкості потоку на вході кожного наступного сепаратора. При використанні кластера з паралельними рядами сепараторів одиночні пристрої встановлюються у вигляді паралельних рядів, які поміщені в загальний корпус. Послідовна система сепараторів може бути також установлена в паралельні ряди залежно від заданої продуктивності очищеного газу. При цьому кластер сепараторів так само встановлюється в загальний корпус, що має загальні кришки. Окрім того, запропонована вихрова камера може виконувати функції ефективного змішувача потоків різного газу. Порівняльний аналіз запропонованої конструкції з найбільш близьким аналогом-прототипом показує, що усуваються відзначені недоліки прототипу, а це приводить до зменшення витрат енергії на очищення вологого газу, до підвищення якості очищення газу, до збільшення продуктивності роботи запропонованої корисної моделі, до істотного спрощення конструкції, до зменшення металоємності і експлуатаційних витрат. Джерела інформації:: 1. Спиридонов Ю.Α., Тинчурин Ф.З., Спиридонов Μ.Ю., Спиридонов А.Ю. Камера смешения. Патент Российской Федерации RU № 2023493 С1 5, МПК В01F5/00, 30.11.1994, Бюл. № 22. 2. Бабенко В.В., Турик В.М, Блохін В.Α., Воскобійник А.В., Красовський В.В., Рожавський В.Г. Камера змішування. Деклараційний патент UA № 54767 U, МПК 7 B01F5/00, 17.03.2003, Бюл. № 3. 3. Бабенко В.В., Турик В.М., Мілюков Д.Є. Спосіб керування інтенсивністю змішування потоків у вихоровій камері. Патент на корисну модель UA № 55789 U, МПК B01F5/00, F15D1/00, 27.12. 2010, Бюл. № 24 4. Г. Шлихтинг. Теория пограничного слоя. - Μ.: Наука, 1974. - 711с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 45 Універсальна вихрова камера, що складається з горизонтального циліндричного корпуса, на бічній поверхні якого виконані отвори для розміщення сопел з можливістю зміни їхнього положення, оснащених тангенціальними впускними вікнами, причому сопла можуть бути підключено до приводу, яка відрізняється тим, що корпус по торцях має фланці, на яких закріплені кришки, причому з одного боку на кришці розташований фланець, що з'єднаний із системою подачі вологого газу або повітря, а на іншому боці на внутрішній поверхні кришці встановлені фланці для виходу очищеного газу та окремо його важких фракцій, у корпусі закріплена циліндрична вихрова камера, в якій встановлено два пояси впускних вікон, між якими є два пояси випускних вікон, між якими встановлене керуюче поворотне сопло, крім того, з одного кінця вихрової камери встановлений ще один пояс випускних вікон, у якому одне його кільце має не проточну центральну ділянку, а суцільну плоску або криволінійну поверхню у вигляді сегмента півсфери, у яких по центру є отвір для з'єднання із системою відбору важких фракцій, причому вихрова камера складається із набору уніфікованих деталей, а саме: поясу впускних і випускних вікон, що виконані з уніфікованих кілець, з'єднаних між собою за допомогою нарізних сполучень, пояси вікон з'єднані за допомогою уніфікованих секцій основної труби, а зовні на пояси випускних вікон нагвинчуються уніфіковані герметичні кільця з зазором для відбору важких фракцій, а знизу ці кільця з'єднані герметично із трубами, що сполучені між собою гофрованими ділянками, а також з'єднані із системою відбору важких фракцій за допомогою фланця, закріпленого на трубі для відбору важких фракцій, окрім того, з другого кінця вихрової камери остання секція основної труби з'єднана з поясом впускних вікон, а з іншого краю - із фланцем, який з'єднаний із аналогічним фланцем, що закріплений на другій торцевій кришці. 4 UA 99280 U 5 UA 99280 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6