Циклон є пристроєм, призначеним для очищення повітря і використовуваним в транспортному машинобудуванні, хімічній і металургійній промисловості. Циклон складається з корпусу, вхідної та вихідної патрубка, вихлопної труби. Вихлопна труба виготовляється у вигляді дифузора, утворює кільцевої канал спільно з конічною частиною корпусу. Дифузор має з центральний кут розширення 5-8 ° і ступінь розширення 1,5-2,0, а відношення між шириною кільцевого каналу і шириною вхідного патрубка складає 1,0-1,2. У вихлопної труби установча довжина в корпусі циклону відноситься до діаметру самого циклону як 1,15-1,25. Корпус циклону має в Цилиндроконические-циліндричну форму.
КОРОТКИЙ ОПИС ЦЬОГО ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до області очищення повітря і може застосовуватися для очищення повітря компресорів і транспортних засобів, для очищення повітря на об'єктах хімічної та металургійної промисловості, під час прибирання приміщень промислових об'єктів і цехів, а також для очищення повітря в пневматичних системах.
Передбачається переважне використання пропонованого винаходу в повітроочисних системах, встановлених на двигунах внутрішнього згоряння (ДВЗ) транспортних засобів.
Завдання ефективного захисту ДВС від наслідків абразивного зносу і створення повітроочисних пристроїв, що мають малі питомі обсяги і не потребують періодичного технічного обслуговування при перетині зараженої місцевості, цілком може бути вирішена шляхом розробки високоефективних малорозмірних циклонів з підвищеною продуктивністю.
Відомі циклони повітроочисних систем транспортних засобів, що мають в своєму складі корпус, тангенціально розташований вхідний патрубок і трубку виведення очищеного повітря (див. В. Є. Маев і М.М. Пономарьов. Повітроочисники автомобільних і тракторних двигунів, М. 1971, стор. 26 -31; журнал «Трактори і сільгоспмашини», М. 1962 N 1, с. 8-11).
Практично всі розглянуті конструктивні схеми мають загальний недолік, який полягає у відсутності певних співвідношень геометричних розмірів, що іноді ускладнює, а іноді і повністю виключає будь-яку можливість розробки оптимальної конструкції циклону.
Основна мета запропонованого винаходу полягає в розробці конструктивної схеми, що поєднує в собі найбільш прогресивні вже існуючі і абсолютно нові конструктивні підходи, спрямовані на створення високоефективного малогабаритного циклону з підвищеною продуктивністю, що дозволяє об'єднувати циклони в батареї, призначені для малогабаритних повітроочисних систем транспортних засобів, і знаходженні найбільш раціонального співвідношення геометричних розмірів, які дозволять досягти підвищення ефек ості в очищенні повітря, зниження гідравлічного опору, підвищення здатності щільною по-батарейній компонування циклонів без істотного зниження оціночних параметрів під час їх спільної роботи. При цьому збільшення ефективності в очищенні повітря повинно поєднуватися з одночасним забороною потрапляння внаслідок рикошету в уже очищене повітря досить великих часток пилу.
Циклон для очищення повітря включає в себе корпус Цилиндроконические форми, що має в своєму складі вихідний патрубок, тангенціальний вхідний патрубок і вихлопну трубу, виконану у вигляді дифузора, забезпеченого циліндричним ділянкою на свій вихід.
На фіг. 1 і 2 є наступні позначення:
D-діаметр внутрішньої порожнини в корпусі циклону;
D1 діаметр внутрішньої порожнини вихідного патрубка;
d - внутрішній діаметр вхідного отвору вихлопної труби;
d1 - внутрішній діаметр вихідного отвору вихлопної труби;
L - довжина корпусу циклону;
L1 - довжина верхньої частини циліндричної форми;
L2 - довжина конуса корпусу циклону;
L3 - довжина вихідного патрубка на корпусі циклону;
L - установча довжина вихлопної труби усередині корпусу циклону;
b - ширина вхідного патрубка;
- кут монтажу вхідного патрубка на корпусі циклону;
l1 - довжина середньої лінії на зовнішньої стінки вхідного патрубка;
- кут між площиною косого зрізу вхідного патрубка і віссю циклонічної установки;
h1 - висота зига;
1 - центральний кут розширення дифузора.
Під час використання пропонованого циклону за його прямим призначенням в повітроочисних системах ДВС транспортних засобів даних циклони об'єднують в батареї. Число циклонів в складі батарей визначається обсягом повітря, що витрачається двигунами. При утворенні батарей вихлопні труби циклонних установок герметично кріпляться у верхній, а вихідні патрубки - в нижній трубної дошці. Верхня трубна дошка герметично стикується з колектором очищеного повітря, який, в свою чергу, стикується з всмоктуючим колектором двигуна. Нижня ж трубна дошка стикується з пилозбірником повітроочисника, через нього і з пиловідводним пристосуванням, наприклад, ежектором.
Під впливом розрідження, які створюються двигуном і відсмоктує пристроєм, запилене повітря втягується у вхідні патрубки. За рахунок тангенціального позиціонування вхідного патрубка містить пил повітря набуває закрутку. Внаслідок обертального, а також поступального руху потоку, спрямованого до нижньої частини циклону, пилові частинки відкидаються під впливом відцентрових сил до стінки корпусу і, продовжуючи обертальний рух, стікають в мішок. Додаткова сепарація забезпечується завдяки повороту потоку повітря на 180 o і обертального руху повітряного потоку в висхідному вихорі аж до входу даного потоку в вихлопну трубу. Очищене повітря засмоктується в вихлопну трубу і далі проходить в колектор чистого повітря повітроочисника.
У описуваної конструкції циклону фактори підвищення ефективності очищення, зменшення гідравлічного опору і збільшення продуктивності досягаються за допомогою таких технічних рішень.
Необхідно відзначити, що зазначені нижче співвідношення геометричних параметрів підібрані як найбільш раціональні у всьому комплексі поліпшення характеристик циклону на основі багаторазових розрахункових і експериментальних досліджень однофакторного і багатофакторного експериментів, а оцінка, в кінцевому рахунку, проводилася на основі раціонального поєднання всіх геометричних параметрів.
Використання ширини кільцевого каналу, яка дорівнює або перевищує ширину вхідного патрубка, виключає удари частинок пилу об стінки дифузора, ніж виключається явище рикошету і забезпечується зниження гідравлічних втрат в циклоні.
Установча довжина вихлопної труби в циклоні обраної форми має своє оптимальне значення як з точки зору ефективності очищення, так і з точки зору гідравлічного опору. Найбільш раціональні межі можуть бути рівними 1 = (1,15 - 1,25) D. У даному конкретному випадку і в подальшому з метою порівняння геометричних параметрів приймається внутрішній діаметр корпусу циклону, оскільки він найчастіше зустрічається в технічній літературі.
З нашої точки зору, абсолютно новим відмітною ознакою є також і корпус самого циклону конусно-циліндричної форми з наступними співвідношеннями його розмірів:
Форма корпусу циклону і співвідношення складових його розмірів за формою щодо діаметра корпусу обрані в діапазоні найбільш раціональних з точки зору можливостей компонування таких циклонів в батарею з метою отримання найбільш щільного компонування, тобто мінімально можливих габаритно-об'ємних показників, і гідравлічного опору обтіканню потоком повітря пучка циклонів. При цьому забезпечується висока ступінь очищення і низький опір самих циклонів.
Нові відмітні ознаки, з нашої точки зору, має циклон і по вхідному патрубку.
По-перше, для обумовлених вище умов визначено найбільш раціональний діапазон кута монтажу вхідного патрубка на корпусі по відношенню до осі циклону, який знаходиться в межах від 58 до 62 o. В даному конкретному випадку підбиралися найбільш раціональне поєднання ефективності очищення і гідравлічного опору з урахуванням умови, що при збільшенні зростають гідравлічний опір і ефективність очищення повітря, і, навпаки, при зменшенні знижуються гідравлічний опір і ефективність очищення.
Як правило, в уже відомих конструкціях циклонів площа прохідного перетину вхідного патрубка дорівнює площі вхідного перетину вихлопної труби. У описуваного циклону це співвідношення знаходиться в інтервалі (1,0 - 1,2), що обумовлено в першу чергу тим, що описуваний циклон призначений в основному для роботи з відсмоктуванням, тобто частина повітря, складова (10-20)% від очищеного повітря, викидається (відсмоктується) з мішка разом з міститься пилом. При обраному раніше співвідношенні між шириною кільцевого каналу і шириною вхідного патрубка збільшення площі вхідного патрубка може бути досягнуто тільки за рахунок збільшення його висоти. Збільшення прохідного перетину вхідного патрубка проводиться також з метою додаткового зниження гідравлічних втрат в самому циклоні.
Для описуваної конструкції циклону самими раціональними діапазонами співвідношень геометричних розмірів, що визначають площу прохідного перетину вхідного патрубка, можна віднести такі:
В описуваному циклоні, з нашої точки зору, новий відмітна ознака полягає в самій формі вхідного патрубка.
Відомо, що збільшення довжини патрубка обумовлює поліпшення ефективності очищення, але при об'єднанні циклонів в батарею довжина вхідного патрубка обмежена в значній мірі, особливо мала довжина виходить у верхній стінки в разі використання похило встановленого вхідного патрубка. Щоб уникнути цього недоліку пропонується вхідний патрубок з косим перетином, який не обмежує компонування циклонів в батарею, істотно подовжує верхню частину вхідного патрубка і не перекриває вхідний перетин сусідніх циклонів.
При цьому для подальшого зниження гідравлічних втрат в циклоні вхідний патрубок має вхідні кромки у вигляді дуги кола.
Для даного циклону зоною найбільш раціональних співвідношень розмірів можна віднести такі:
кут косого перетину - 15-18; l1 / D = 0,7 0,9.
Оскільки заявляється циклон в основному призначається для застосування в батареях, а одним з найпоширеніших способів кріплення циклонів в трубних дошках батарей є розвальцьовування циклонів, що заявляється циклон забезпечується на вихідних циліндричних частинах вихлопної труби і вихідного патрубка зигами з наступними співвідношеннями геометричних розмірів h1: r = 1 -1,5
Встановлено експериментальним шляхом, що вихід радіусу зига на корпусі циклону за межі встановлених співвідношень веде до погіршення ефективності очищення внаслідок появи явища рикошету, а зменшення - до зниження надійності міцності і ущільнення. З метою уніфікації геометричні параметри зига на вихлопній трубі прийняті такими ж, що і на корпусі циклону.
ФОРМУЛА ЦЬОГО ВИНАХОДИ
1. Циклон для очищення повітря, що має корпус з тангенціальним вхідним, вихідним патрубками і вихлопною трубою, що характеризується тим, що вихлопна труба виконана у вигляді дифузора, що утворює з конусної частиною корпусу кільцевої канал, ширина якого знаходиться в співвідношенні 1,0 - 1,2 до ширини вхідного патрубка, при цьому центральний кут розширення дифузора становить 5 - 8 °, а ступінь розширення дифузора 1,5 - 2, причому установча довжина вихлопної труби усередині корпусу знаходиться в співвідношенні 1,15 - 1,25 до діаметру циклону, а на виході вихлоп Перша труба включає в себе циліндричний ділянку.
2. Циклон відповідно до пункту 1, який відрізняється тим, що корпус циклону має Цилиндроконические-циліндричну форму з наступними співвідношеннями розмірів:
де D - внутрішній діаметр корпусу циклону;
D1 - внутрішній діаметр вихідного патрубка;
L - довжина корпусу;
L1 - довжина верхньої циліндричної частини;
L2 - довжина конічної частини;
L3 - довжина вихідного патрубка.
4. Циклон по кожному з пунктів з 1 по 3, що характеризується тим, що циліндричні частини вихлопної труби і вихідного патрубка оснащені зигами.