Инерционный воздухоочиститель

%54 5/ 4(ь В 01 ВТОРСНОМ ИДЕТЕЛЬСТВУ потоку в выполнен ного емента дней в 75-0,8 между сос жен с вер мента пер1,0-1,0 радиуса б диуса б о плоскости а величинмежду еляется Ь =(2е Ъ ф- уг л наклона верхни ментов, обращенн оку загрязненног не,и К воздуха,сти и к р фронтальношетки. к 1, ото щелевые духа вы- угол 2,Возди ч а ю очиститель по п. и й с я тем, чт а очищенного воз узорными, причем орных каналов на очисткиезотрывшетки,й по каналы отвополнены дифф) оси дйффу выход ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН(56) 1,Обзор "Воздушные фильтры для газотурбинных установок в СССР и за рубежом".Вып.3-70-1,1970,с.10-15.2,11 атент Великобритании У 1544202,кл.В 1 Т,1979.(54)(57) 1.ИНЕРЦИОННЫЙ ВОЗДУХООЧИСТИХЕЛЬ, содержащий корпус с патрубками подвода загрязненного воздуха и отвода очищенного воздуха и загрязнений, установленную в корпусе инерционную решетку из профилированных элементов преимущественно треугольного поперечного сечения, сужающихся в направлении отвода очищен" ного воздуха, при этом фронтальная плоскость решетки расположена под острым углом к направлению входа загрязненного воздуха с образованиек в корпусе канала, сужающегося в направлении патрубка отвода загрязнений, верхние грани профилированных элементов, обращенные к входу загрязненного воздуха, выполнены плоскими и наклонены под острым углом к фронтальной плоскости решетки, входные кромки элементов выполнены скругленными, а боковые грани элементов образуют щелевые каналы отвода очищенного ".воздуха, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения гидравлических потерь при сохранении высокой степени воздуха путем обеспечения б ного обтекания элементов ре радиус 3 скругления передне ходной кромки элементов равным 0,2-0,35 минимальстояния Ь между соседними ми, радиус б скругления ходной кромки составляет минимального расстояния едними элементами и сопряхней наклонной гранью элееходным радиусом5) е зп 1,причем центр ) размещен ниже центра ра.-, тносительно фронтальнойна величину радиуса )1), а минимального расстояния элементами в решетке опреиз соотношения9)пж 61 п )3,0-2,1)5)пс5) Ои) /3)минимальное расстояние междсоседними элементами в решетке,определенное в направлении, параллельном фронталной плоскости решетки;шаг размещения элементов винерционной решетке;угол наклона направленияпотока загрязненного воздуха в сужающемся канале к1039054 Редакт ред М.Гергель рькова 2791/2 Тнр ВНИИПИ Государственн по делам иэобретени 113035,Москва,Ж,РаЗа ж 659 П го комитета СССР й и открытий ушская наб.д 4/5 о город, ул.Проектная,4 нлиал ППП "Патент" ктор О. Билак1039054 ном участке Относительно фронтальной плоскости решетки составляет1100 З.Воздухоочиститель по и.1, о т - л и ч а ю щ и й с я 1 ем, что щелевые каналы отвода очищенного возИзобретение относится к средствам для очистки потока воздуха илигаза от пыли или других загрязняющих взвешенных частиц и предназначено, в частности, для использования в качестве воздухоочистителяили первой предварительной ступенивоздухоочистителя в силовых установках с газотурбинными двигателямиили двигателями внутреннего сгорания,а также в промьпдленных газоочистныхустановках любых других типов.Известен инерционный воздухоочиститель, содержащий корпус с патруб-ками входа потока загрязненного Воз 15духа и отвода очищенного воздухаи концентрата загрязнений с установленными в корпусе инерционными решетками, составленными из плоских илиизогнутых тонких пластин, междукоторыми образованы щели отбора очищенного воздуха, При этом решеткиустановлены во внутреннем каналекорпуса так, что их фронтальная25плоскость расположена наклонно подострым углом к направлению входапотока загрязненного воздуха, апылеотбойные поверхности пластиннаклонены в свою очередь под острымуглом к фронтальной плоскости решетки 111,Однако в инерционных воздухоочистителях этого типа при поворотевокруг тонких обрезанных кромок пласотин на угол почти 180 возникают 35значительные отрывы потока и связанное с этим вихреобразование, чтоприводит к увеличению гидравлических.потерь и к ухудшению очистных харак-,теристик воздухоочистителя.40 Известен также инерционный воздухоочиститель, являющийся наиболее близким по технической сущности к духа Выполнены конфузор 1 пми и криво линейными, причем угол Оси конфузорных каналов на выходном участке относительно фронтальной плоскости решетки составляет1) агсзппредлагаемому, содержащий корпус с патрубками подвода загрязненного воздуха и ствода очищенного воздуха и загрязнений установленную в корпусе инерцио 11 нчю решетку из профилированньх элементов треугольного . поперечного сечения, сужающихся в направлении потока отвода очищенного воздуха, при этом фронтальная плос.- кость решетки расположена под острым углом к направлению входа потока загрязненного воздуха с образованием в корпусе канала, сужающегося в направлении патрубка отвода загрязнений, а верхние грани профилироганных элемен тов, обращенные к потоку загрязненного воздуха выполнены плоскими и наклонены под острым углом к фронтальной плоскости решетки, входные кромки элементов скруглены, а между боковыми гранями соседних элементов образованы щелевые каналы отвода очищенного Воздуха Г 23Однако и при применении инерционной решетки из профилированных элементов с произвольными соотношениями размеров и радиусов скруглений отрывы потока в зоне сепарации пыли В основном не устраняются,в связи с чем также имеет место увеличение потерь и ухудшение очистных характеристик воздухаочистителя.Целью изобретения является уменьшение гидравлических потерь при сохранении высокой степени очистки воздуха путем обеспечения безотрывного обтекания элементов решетки.Поставленная цель достигается тем что в инерционном воздухоочистителе, содержащем корпус с патрубками подвода загрязненного воздуха и отвода очищенного воздуха и загрязнений,ус-,тановленную в корпусе инерционную решетку из профилированных элементовпреимущественно треугольного поперечного сечения, сужающихся в направлен.нии отвода очищенного воздуха, приэтом фронтальная плоскость решеткирасположена под острым углом к направлению входа загрязненного воздухас образованием в корпусе канала,сужающегося в направлении патрубкаотвода загрязнений, верхние гранипроФилированных элементов, обращенные к входу загрязненного воздуха,выполнены плоскими и наклонены подострым углом к фронтальной плоскостирешетки, входные кромки элементоввыполнены скругленными, а боковыеграни элементов образуют щелевыеканалы отвода очищенного воздуха,1 радиус 11 скругления передней по потоку входной кромки элементов выполнен равным 0,2-0,35 от величиныминимального расстояния 1 между соседними элементами, радиус 1 скругления задней по потоку входной кромки элементов составляет 0,75-0,8от минимального расстояния о междусоседними элементами и сопряжен сверхней наклонной гранью элементапереходным радиусом " равнымК = (1,.0-1,05) езз.п 3,причем центр радиуса М 1 размещенниже центра .радиуса 0 относительнофронтальной плоскости на величинурадиуса 31, а величина минимальногорасстояния 1 между элементами в решетке определяется из соотношения Во М 1 дЪ = (2,0-2, 1) Е 6,па ф 5 в а, 1 Ц где Ъ - минимальное расстояние между соседними элементами в 4решетке, определенное в направлении, параллельном фронтальной плоскости решетки;шаг размещения элементовв инерционной решетке; 4В - угол наклона направления потока загрязненного воздуха всужающемся канале к фронтальной плоскости решетки;.- угол наклона верхних гранейэлементов, обращенных к потоку загрязненного воздухак фронтальной плоскостирешетки.Щелевые каналы отвода очищенногоР воздуха выполнены в видещелевых. диффузоров, причем уголоси диффузоров на выходных участках относительно фронтальной плоскости решетки составляет20-110Шалевые каналы отвода очищенного воздуха выполнены коифузорными и криволипейными , при этом угол оси конфузорных каналов на выходном участке относительно фронтальной плоскости решетки составляетЬагсз 1 п 51 ОНа фиг.1 представлен инерционный 5воздухоочиститель, общий вид; нафиг,2 - профиль элементов решетки,поперечное сечение; на фигЗ - вариант инерционного воздухоочистителя с диффузорными каналами отвода 20очищенного воздуха; на фиг.4 - вариант инерционного воздухоочистителя с конфузорными каналами отводаочищенного воздуха; на фиг.5 - вариант инерционного воздухоочистителя с цилиндрической кольцевой формойинерционной решетки и с внутреннимрасположением канала подвода загрязненного воздуха; на фиг.б - вариант инерционного воздухоочисти- ЗО:теля с цилиндрической кольцевойформой инерционной решетки и с кольцевым каналом подвода загрязненноговоздуха,: расположенным снаружи инер-.ционной решетки; на фиг.7 - вариантинерционного воздухоочистителя с 35 конической кольцевой формой инерционной решетки и с каналом подводазагрязненного воздуха, расположеннымвнутри инерционной решетки нафиг.8 - вариант инерционного воздухо- О очистителя с конической кольцевойформой инерционной решетки и с каналом подвода загрязненного воздуха,расположенным снаружи решетки, нафиг.9 - вариант инерционного воздухоочистителя с кольцевой инерционнойрешеткойс фронтом решетки,расположенным в плоскости, нормальной к осицилиндрического корпуса, и с каналомподвода загрязненного воздуха, имеюО щим кольцевой вход, расположенныйпо окружности корпуса.Инерционный воздухоочистительсодержит корпус 1 с каналом 2 подвода загрязненного воздуха, сужаю 5 щьмся в направлении от входа к выходу, патрубком 3 отвода очищенного воздуха и патрубком 4 отвода загрязнений вместе счастью потока воздуха, расположенным на выходе канала 2, Внутри корпуса 1 установлена инерционная решетка, составленная из профилированных элементов 5, расположенных в ряд с шагомвдоль 5 фронтальной плоскости 6 решетки. При этом фронтальная плоскость 6 1 решетки образует с направлением потока загрязненного воздуха в кана.-, ле 2 острый угол с 6, Профилированные элементы 5 решетки имеют преимущественно треугольное поперечное сечение, сужающееся в направлении патока отвода очищенного воздуха к патрубку 3. При необходимости ограниче ния габаритов элементов решетки их выходные кромки могут быть срезаны, притуплены, Верхние грани профилироз ванных элементов, обращенные к потоку загрязненного воздуха, выполнены плоскими н наклонены год острым угломк фронтальной плоскости 6 . Решетки. Между двумя другими боковыми гранями соседних элементов решетки образуются щелевые каналы 7 отвода очищенного воздуха, средние оси которых составляют с фронтальной плоскостью 6 решетки уголШирина входной щели каналов 7 отвода очищенного воздуха равна мини мальному расстоянию о между соседними элементами в решетке, Входные кромки элементов 5 решетки при входе в щели отбора очищенного воздуха скруглены. Радиус скругления 1 пе редней ло потоку воздуха входной кромки элементов выполнен равным 0,2-0,35 величины минимального расстояния в между соседними элементами в решетке, т.е.40= 0,2-0,35 Ъ.Радиус скругления задней входной кромки элемента выполнен равнымкг = 0,75-0,8 Ьи сопряжен с верхней наклонной гранькд 5 элемента переходным,.радиусом, равньщК 3 = (1,0-1,05) С вы/3.При этом центр радиуса 1, расположен ниже центра радиуса 1относительно Фронтальной плоскости 6 50 решетки на величину радиусаМинимальное расстояние в между соседними элементами в решетке выполняется,равнымбе М+ Бю (0 ф )При использовании инерционного воздухоочистителя в качестве первой,предварительной ступени очистки.воздуха совместно е второй фильтрующей ступенью тонкой очистки или вдругих аналогичных случаях щелевыеканалы 7 отвода очищенного воздухана выходе из воздухоочистителя выполняются диффузорными с прямолинейной (фиг,1) или криволинейной(фиг.3) дсью каналов,Причем в зависимости от условийкомпоновки угол 1 оси каналов 7относительно фронтальной плоскости 6решетки на выходном участке можетбыть равен.= 20-110При использовании инерционноговоздухоочистителя в качестве. единственной ступени очистки требуетсясохранение высокой скорости потокана входе в потребитель очищенноговоздуха, вапример на входе в газотурбинный двигатель. В этом вариан-те использования щелевые каналы 7отвода очищенного воздуха выполняются конфузорными и криволинейнымифиг.41, причем уголих оси относительно фронтальной плоскости 6решетки принимается равнымЪонгс 6 п -7Схемы вариантов инерционного воздухоочистителя, показанные на Фиг1,3 и 4, соответствуют исполнениюс плоской инерционной решеткой иплоским щепевым каналом 2.Однако возможно выполнение инерционного воздухоочистителя с другимиконструктивными формами инерционных решеток при сохранении описанноговыше профилирования элементов решеток.Для улучшения компоновочных иэксплуатационных качеств воэдухоочистителя инерционная решетка можетбыть выполнена кольцевой цилиндрической формы, сужающийся канал подвода загрязненного воздуха можетбыть размещен внутри решетки и сформирован между решеткой и внутреннимконическим обтекателем, а снаружи решетки размещен сборник очищенноговоздуха с выходным патрубком (фиг.5) .В этом варианте канал 2 подводазагрязненного воздуха расположенвнутри кольцевого цилиндра решетки,причем сужение этого канала 2 в нап-.равлении патрубка 4 отвода загрязнений обеспечивается установкой1039054 зцутрц решетки конического профилировцццого обтекателя 8.Прн вынолцеции инерционной решетки кольцевой цилиндрическойформы сужающийся канал подвода загрязнеццого воздуха может быть такжеразмещен снаружи решетки и снабжензакручивающим потоком. входным лопаточным аппаратом, а выходной цилиндрический патрубок отвода очищенного 10воздуха расположен внутри решетки(фнг,б).,В этом варианте инерционноговоздухоочистителя с цилиндрическойформой инерционной решетки сужающийся канал 2 подвода загрязненноговоздуха расположен снаружи инерцион.ной решетки. При этом для предварительной сепарации крупных частицзагрязнений может быть использован. циклонный эффект, для чего на входев канал 2 устанавливается лопаточныйаппарат 9, закручивающий поток навходе на небольшой угол до 20-40оДля формирования потоков на входе вканал 2 и на выходе в патрубок 3 вцентре корпуса установлен также центральный обтекатель 10,Кроме того инерционная решеткаможет быть выполнена кольцевой кони- ЗОческой формы, при этом сужающийсяканал подвода загрязненного воздуха образуется внутренней полостьюкорпуса решетки и должен бытьснабжен противорикошетной нластиной-разделителем потока, а патрубокотвода очищенного воздуха выполненохватывающим решетку снаружи (Фиг.71 .:В этом варианте инерционного ваздухоочистителя с кольцевой конической 40формой инерционной решетки, состоящей из профилированных кольцевыхэлементов 5 с диаметрами, уменьшающимися от входа к выходу в патрубок 4,.канал 2 расположен внутри конуса 45;решетки и снабжен противорикошетнойразделительной пластиной 11, расположенной по оси канала 2 в диаметральной плоскости.При выполнении инерционной решет-. 50ки кольцевой конической Формы сужающийся канал подвода загрязненноговоздуха может быть также размещенмежду наружной конусной поверхностьюрешетки и цилиндрической стенкой кор"55пуса и снабжен закручивающим потокомвходным лопаточным аппаратом, цилиндрический патрубок отвода очищенногоФ воздуха соедицец с ццутреццей полостью конуса решетки афпг,8:В этом варианте ицерциоццоговоздухоочистителя с кольцевой конической формой ццерциоццой решетки,состоящей из профилированных кольцевых элементов 5 с диаметрами, увеличивающимися от входа к выходу вкольцевой патрубок 4 отвода загрязнений, сужающийся канал 2 расположенв этом варианте снаружи конуса решетки и снабжен ца входе допаточнымаппаратом 9 с углом закрутки потока до 20-40 для дополнительного0использования циклонного эффекта,В центре корпуса по оси решетки установлен обтекатель 10. Инерционнаярешетка может быть также выполненакольцевой с фронтом решетки, расположенным в плоскости, нормальной к осицилиндрического корпуса, а сужающийся канал подвода загрязненноговоздуха снабжен кольцевым входом,расположенным по окружности корпуса,и образован между плоскостью решетки и конической торцовой стенкойкорпуса с вершиной конуса, обращенной к фронту решетки фиг.9),В этом варианте инерционного воздухоочистителя с инерционной решеткой, состоящей из кольцевых профилированных элементов 5 с диаметрами, уменьшающимися от перифериик центру корпуса 1, где расположеновыходное отверстие в патрубок 4отвода загрязнений, решетка образуечФронтальную плоскость 6, нормальнуюк оси цилиндрического корпусаКанал 2 подвода загрязненноговоздуха имеет в этом варианте кольцевой вход, расположенный по периферии корпуса 1, причем сужающийсяканал 2 образован между фронтапьнойплоскостью 6 решетки и коническойторцовой стенкой корпуса 1 с вершиной конуса, обращенной к Фронтальной плоскости.Устройство работает следующимобразом.3Очистка воздуха винерционномвоздухоочистителе происходит за счетинерционной сепарации пыли в моментповорота потока загрязненного воздуха от направления оси канала 2 вщелевые каналы 7 отвода очищенноговоздуха с шириной входных щелейФравной о,вокруг задних по потокувходных кромок профилированных эле10 ментов 5, профиль которых очерчен радиусами 8 ис заданными относительными размерами.На передних по потоку кромках профилированных элементов 5, очер ченных радиусом 1 при этом располагается критическая точка разветвления струй потока. Поворот потока во входные щели каналов 7 отвода очищенного воздуха происходит на угол, равный 1,90 -с).При выполнении размеров радиусови 0 скругления входных кромок профилированных элементов 5 и размеров о входных щелей каналов 7 решет 15 ки в соответствии с данными соотношениями в зависимости от шага расположения элементов в решетке и величин углов м иформа профиля входных кромок щелей оказывается 20 близкой к форме расчетной границы свободной струи в решетке из плоских пластин с теми же значениями углови,8 . Существование такой . гоаницы утановлено экспериментально.Благодаря этому обтекание входных кромок элементов при повороте потока во входные щели каналов 7 происходит безотрывно, чем обеспечиваются низкий уровень потерь и высо- ЗО кая эффективность последующего торможения потока в выходных щелевых диффузорных каналах 7 отвода очищенного воздуха.Гидравлические потери уменьшаются З 5 при этом в несколько раз по сравнению с уровнем потерь в инерционных воздухоочистителях с решетками из плоских пластин при сохранении высокой степени очистки. Этот полезный эффект 40 проверен и подтвержден при экспериментальных испытаниях опытньк инерционных воздухоочистителей.В случаях применения инерционного воздухоочистителя в качестве единст 1 венной ступени очистки, например ввертолетных газотурбинных силовыхустановках, торможение потока в каналах 7 и патрубке 3 отвода очищенноговоздуха нецелесообразно, и эти каналы и патрубок должны выполнятьсяконфузорными.Варианты устройства с кольцевымицилиндрическими, кольцевыми коническими и кольцевыми плоскими инерционными решетками целесообразноприменять для улучшения компоновочных.и эксплуатационных качеств воздухоочистителя в соответствии сконкретными условиями его соединенияс потребителями очищенного воздуха.При экспериментальных исследованиях опытных образцов данного устройства установлено, что применениевоздухоочистителя позволяет уменьшитьсопротивление воздухоочистителя в5-6 раз по сравнению с воздухоочистителем с решеткой,из плоских пластин,При сохранении допустимого дляпотребителя очищенного воздуха уровнясопротивления этот полезный эффектможет быть использован для, повышения степени очистки за счет уменьшения углов К и / и увеличения скорости потока в патрубке загрязненного воздуха воздухоочистителя илидля уменьшения в 45-б = 2,242,45 раза габаритов решетки воздухоочистителя,Указанные данные были полученына малогабаритных опытных воздухоочистителях. с размером. инерционнойрешетки по Фронтальной плоскостивмего 55 55 мм при шаге 1 = 9,2 мми только шести щелях решетки. Вполноразмерном воздухоочистителепри оптимальном числе щелей Е = 2040 степень очистки должна быть ещевыше при том же низком уровне сопротивления.