close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10594

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 10594
(13) C1
(19)
(46) 2008.04.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
B 04C 1/00
ВИХРЕВАЯ КАМЕРА
(21) Номер заявки: a 20060434
(22) 2006.05.11
(43) 2007.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны" Национальной
академии наук Беларуси (BY)
(72) Авторы: Сорокин Владимир Владимирович; Сорокин Владимир Николаевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт энергетических и ядерных
исследований - Сосны" Национальной
академии наук Беларуси (BY)
(56) SU 990318, 1983.
SU 613822, 1978.
RU 2118205 C1, 1998.
RU 2060832 C1, 1996.
BY 10594 C1 2008.04.30
(57)
Вихревая камера, содержащая корпус, в котором размещены раздающий ресивер, цилиндрический направляющий аппарат с тангенциальными щелями и профилированные торцевые стенки, ограничивающие внутреннюю полость для подвижного слоя подаваемых
твердых частиц; и патрубки ввода и вывода рабочей среды, отличающаяся тем, что цилиндрический направляющий аппарат содержит от 36 до 48 тангенциальных щелей, отношение
высоты цилиндрического направляющего аппарата к радиусу внутренней полости составляет 0,1-0,25, а отношение площади суммарного проходного сечения тангенциальных щелей
к площади боковой поверхности цилиндрического направляющего аппарата составляет
0,06-0,09.
Фиг. 1
BY 10594 C1 2008.04.30
Изобретение относится к процессам тепломассообмена в системах твердое тело жидкость или газ и может быть применено в энергетике и химической технологии.
Известна вихревая камера, содержащая корпус, раздающий ресивер, цилиндрические
направляющие аппараты с тангенциальными щелями и профилированные торцевые стенки, ограничивающие внутренние полости для подвижного слоя частиц, патрубки ввода и
вывода среды [1].
Недостатками данной вихревой камеры являются конструкционная сложность из-за
наличия нескольких цилиндрических направляющих аппаратов, высокие гидравлические
потери из-за последовательности прохождения рабочей среды через эти направляющие
аппараты, низкая надежность из-за отсутствия возможности быстрого вывода частиц при
отключении подачи рабочей среды.
Известна вихревая камера, содержащая корпус, раздающий ресивер, цилиндрический
направляющий аппарат с тангенциальными щелями и профилированные торцевые стенки,
ограничивающие внутреннюю полость для подвижного слоя частиц, патрубки ввода и вывода частиц [2].
Наличие одного направляющего аппарата позволяет снизить уровень гидравлических
потерь и обеспечивает возможность быстрого вывода частиц при отключении подачи рабочей среды.
Недостатками данной вихревой камеры являются конструктивная сложность из-за наличия подвижной сетки с лопатками и ребер жесткости, более высокие гидравлические
потери в подвижном слое частиц из-за наличия непроточных зон в области точек контакта
частиц, неравномерность процессов тепломассообмена на поверхности частиц из-за наличия непроточных зон, низкая надежность, связанная с возможностью заклинивания подвижной сетки.
Ближайшим техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является вихревая камера, содержащая корпус, раздающий ресивер, цилиндрический направляющий
аппарат с тангенциальными щелями и профилированные торцевые стенки, ограничивающие
внутреннюю полость для подвижного слоя частиц, патрубки ввода и вывода среды [3].
Устранение подвижной сетки снижает конструктивную сложность вихревой камеры,
обеспечивает безотрывное обтекание частиц в слое. Толщина слоя по радиусу внутренней
полости, равная половине ее радиуса, обеспечивается за счет установки перфорированной
трубы в приосевой зоне камеры.
Недостатками данной вихревой камеры являются необходимость установки дополнительных устройств, компенсирующих пульсации расхода среды из-за неустойчивости работы компрессора или насоса, например, при изменении нагрузки в электрической сети,
повышенные требования к диапазону размеров используемых частиц, так как частицы с
размерами ниже "критического" не могут удерживаться на внешней границе слоя и уносятся потоком среды, а далее подобно шаровым клапанам перекрывают отверстия перфорированной трубы, невозможность длительной эксплуатации загруженных частиц
вследствие их истирания до "критического" размера, отсутствие возможности быстрого
вывода частиц при отключении подачи рабочей среды.
Задачей изобретения является разработка устройства, обеспечивающего устойчивый
центробежный кипящий слой с размером не менее половины радиуса внутренней полости
при отсутствии дополнительных конструктивных элементов.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в вихревой камере, содержащей корпус, в котором размещены раздающий ресивер, цилиндрический направляющий
аппарат с тангенциальными щелями и профилированные торцевые стенки, ограничивающие внутреннюю полость для подвижного слоя подаваемых твердых частиц; и патрубки
ввода и вывода рабочей среды, цилиндрический направляющий аппарат содержит от 36 до
48 тангенциальных щелей, отношение высоты цилиндрического направляющего аппарата
к радиусу внутренней полости составляет 0,1-0,25, а отношение площади суммарного
2
BY 10594 C1 2008.04.30
проходного сечения тангенциальных щелей к площади боковой поверхности цилиндрического направляющего аппарата составляет 0,06-0,09.
На фиг. 1 представлена конструкция вихревой камеры (продольный разрез); на фиг. 2 разрез по А-А фиг. 1.
Вихревая камера содержит корпус 1, раздающий ресивер 2, цилиндрический направляющий аппарат 3, тангенциальные щели 4, профилированные торцевые стенки верхняя 5
и нижняя 6, внутреннюю полость 7, патрубок ввода рабочей среды 8, патрубок вывода рабочей среды 9, бункер частиц 10.
В корпусе 1 размещены цилиндрический направляющий аппарат 3, снабженный тангенциальными щелями 4, и профилированные торцевые стенки верхняя 5 и нижняя 6. Цилиндрический направляющий аппарат 3 и профилированные торцевые стенки верхняя 5,
нижняя 6 образуют внутреннюю полость 7, предназначенную для размещения подвижного слоя подаваемых твердых частиц. Между внутренней стенкой корпуса 1 и наружной
стенкой цилиндрического направляющего аппарата 3 размещен раздающий ресивер 2.
Нижняя торцевая стенка 6 снабжена патрубком вывода рабочей среды 9. Бункер частиц 10
размещен вне корпуса 1 и связан трубопроводом с внутренней полостью 7. Патрубок ввода рабочей среды 8 размещен на корпусе 1 и сообщается с раздающим ресивером 2.
Вихревая камера работает следующим образом. Рабочая среда (жидкость или газ) через патрубок 8 подается в ресивер 2 корпуса 1, а затем через тангенциальные щели 4 цилиндрического направляющего аппарата 3 во внутреннюю полость 7. В закрученный
поток рабочей среды из бункера 10 подаются твердые частицы, которые образуют в полости 7 вращающийся слой частиц. Длительное удержание частиц обеспечивается профилем торцевых стенок 5 и 6. Пройдя сквозь слой частиц, рабочая среда удаляется через
патрубок 9.
Согласно изобретению отношение высоты цилиндрического направляющего аппарата
к радиусу внутренней полости для подвижного слоя подаваемых твердых частиц составляет 0,1-0,25. При отношении высоты к радиусу менее 0,1 невозможно обеспечить толщину центробежного слоя близкую к половине радиуса внутренней полости из-за большого
вклада сил трения слоя о торцевые стенки в общее сопротивление движению слоя в окружном направлении. При увеличении высоты направляющего аппарата расход рабочей
среды увеличивается пропорционально росту высоты, соответственно увеличивается
энергия потока среды, а силы трения о торцевые стенки сохраняются прежними. Толщина
слоя возрастает и достигает величины 0,5 радиуса при отношении высоты к радиусу 0,1.
При дальнейшем увеличении этого отношения толщина слоя растет, а затем начинает падать, поскольку с ростом высоты направляющего аппарата увеличивается кривизна торцевых стенок. Частицы при ударном взаимодействии со стенкой вблизи внутренней границы
слоя изменяют вектор движения в направлении к центральной полости и выносятся осевым потоком рабочей среды. В результате верхней границей отношения высоты цилиндрического направляющего аппарата к радиусу внутренней полости, обеспечивающей
толщину слоя частиц по радиусу, равную 0,5, является величина 0,25.
Указанный диапазон отношений высоты цилиндрического направляющего аппарата к
радиусу внутренней полости для подвижного слоя подаваемых твердых частиц является
необходимым условием, но недостаточным. Вторым необходимым условием для получения устойчивого центробежного кипящего слоя частиц с толщиной не менее 0,5 радиуса
является уровень относительной площади суммарного проходного сечения тангенциальных щелей цилиндрического направляющего аппарата. В указанном диапазоне отношения
высоты цилиндрического направляющего аппарата к радиусу внутренней полости в пределах 0,1-0,25 минимальная площадь суммарного проходного сечения тангенциальных
щелей должна составлять 0,06 от площади боковой поверхности цилиндрического направляющего аппарата. При величинах, меньших 0,06, скорость потока среды в щелях высокая, поэтому и скорости хаотического движения частиц в слое и на его свободной
3
BY 10594 C1 2008.04.30
границе слоя высокие. При таких уровнях хаотических скоростей не все частицы, покинувшие слой, возвращаются обратно. Часть из них уносится осевым потоком. В этих условиях
получить устойчивый слой толщиной 0,5 от радиуса внутренней полости невозможно.
При увеличении относительной площади суммарного проходного сечения тангенциальных щелей свыше 0,09 уменьшается величина отношения окружной скорости потока к радиальной скорости, то есть уменьшается отношение центробежной удерживающей силы к
радиальной выносящей силе, что приводит к выносу отдельных частиц со свободной поверхности слоя. В результате получить устойчивый слой невозможно.
Третьим необходимым условием для получения устойчивого центробежного кипящего слоя является определенное количество тангенциальных щелей цилиндрического направляющего аппарата при отношении высоты цилиндрического направляющего аппарата
к радиусу внутренней полости, которое составляет 0,1-0,25, и отношении площади суммарного проходного сечения тангенциальных щелей к площади боковой поверхности цилиндрического направляющего аппарата, которое составляет 0,06-0,09. Цилиндрический
направляющий аппарат содержит от 36 до 48 тангенциальных щелей. При наличии меньшего количества щелей невозможно обеспечить толщину центробежного слоя близкую
половине радиуса внутренней полости из-за большого вклада сил трения о боковую стенку цилиндрического направляющего аппарата в общее сопротивление движению слоя в
окружном направлении. Скорость в щелях постоянна, независимо от количества щелей, а
расстояние между ними различно. Оно уменьшается при возрастании количества щелей.
Соответственно уменьшается площадь контакта слоя с боковой стенкой, силы трения
уменьшаются, обороты слоя частиц возрастают. Пропорционально квадрату окружной
скорости слоя возрастает центробежная сила, удерживающая частицы в слое. Толщина
слоя растет. При количестве щелей, равном 36, толщина слоя частиц достигает значения,
равного половине радиуса внутренней полости. При дальнейшем увеличении количества
щелей толщина растет, а затем падает и при 48 щелях составляет вновь величину, равную
половине радиуса внутренней полости. Причиной этого явления оказывается снижение
трения слоя о боковую стенку ниже "критического", необходимого для устойчивого движения. При уровне трения ниже "критического" окружная скорость слоя частиц приближается к скорости потока в щелях. В результате резко падает сила взаимодействия потока
и слоя. Как следствие, обороты слоя падают, соответственно падает центробежная удерживающая сила, а радиальная выносящая остается постоянной, так как расход рабочей
среды постоянен. Часть частиц со свободной границы слоя уносится потоком из камеры.
Обороты слоя снизились, движущая сила потока в окружном направлении возросла, обороты слоя возросли - движущая сила упала. Возникла неустойчивость движения слоя при
его толщине менее половины радиуса внутренней полости.
Опытная проверка устройства была проведена на вихревых камерах диаметром 200,
300, 350 и 400 мм, в которых создавался центробежный кипящий слой свинцовых частиц
диаметром от 2 до 5 мм с толщиной, равной 0,5-0,55 радиуса внутренней полости.
Данное изобретение обеспечивает устойчивый центробежный кипящий слой с размером не менее половины радиуса внутренней полости при отсутствии дополнительных
конструктивных элементов, т.е. устраняет недостатки, связанные с необходимостью установки дополнительных устройств, компенсирующих пульсации расхода среды, снижает
высокие требования к диапазону размеров используемых частиц, обеспечивает возможность длительной эксплуатации загруженных частиц вследствие их истирания и возможность быстрого вывода частиц при отключении подачи рабочей среды.
Источники информации:
1. А.с. СССР 982744, МПК B 01D 45/12, 1982.
2. А.с. СССР 1161181, МПК B 04C 5/08, 1983.
3. А.с. СССР 990318, МПК B 04C 1/00, 1983 (прототип).
4
BY 10594 C1 2008.04.30
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
92 Кб
Теги
by10594, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа